种质资源创制和育种技术创新是育种的核心竞争力，优异种质资源的缺乏会让新品种选育变成“巧妇难为无米之炊”。细胞质雄性不育（Cytoplasmic male sterility，CMS）是十字花科蔬菜作物杂交优势利用的重要途径，然而，CMS杂交种同时也限制了种质创制与利用，对于一些原产（起源）国外的蔬菜，由于早期国内缺乏种质资源积累，育种进程缓慢，如青花菜等。如今，国（境）外引进的优秀商业青花菜品种，如‘耐寒优秀’、‘绿雄90’等，几乎占据了青花菜品种市场的80%以上，而这些优良品种均为CMS系选配的杂交种，严重影响了青花菜新种质创制和新品种选育，属于蔬菜种业领域典型的“卡脖子”问题。

近日，国际植物生物技术领域高影响力杂志Plant Biotechnology Journal在线发表了浙江大学农学院/海南研究院杨景华教授题为“Editing of ORF138 restores fertility of Ogura cytoplasmic male sterile broccoli via mitoTALENs”的研究论文。

该研究首先组装了青花菜商业品种YX（CMS系选配的杂交种）的线粒体基因组，鉴定到十字花科植物中Ogura型胞质不育相关基因ORF138。通过构建植物线粒体定位的mitoTALEN定向敲除ORF138基因的编辑载体，成功敲除了青花菜Ogura型CMS相关基因ORF138，获得了6种不同编辑类型的青花菜株系，编辑效率为7.58 %。T0代ORF138基因敲除植株可产生正常可育花粉，蕾期授粉和与其他可育种质杂交授粉均可正常结籽，育性100 %恢复。随后，采用RNA-seq和机器学习等方法，鉴定到胞质雄性不育发生及育性恢复过程中参与核质互作的关键信号通路和基因。最后，通过自交、胚培养、小孢子培养等技术手段，快速获得了T1代正常可育青花菜种质，可育表型稳定遗传，同时，在T2代中鉴定获得无编辑编辑元件且正常可育的青花菜种质，可用于后续青花菜优异种质的创制与育种利用。

此外，课题组近几年在芥菜基因组解析与性状选择、群体演化、经济产量形成和抗芜菁花叶病毒病关键基因挖掘等方面取得系列阶段性成果，先后在Nature Genetics（2016）、Molecular Plant（2018）、Plant Biotechnology Journal（2019、2021）、Plant Journal（2017、2020）等国际知名杂志上发表。其中，在核质互作介导的细胞质雄性不育发生机制与育种利用方面，研究成果发表在Plant Cell and Environment（2021）、Horticulture Research（2022）、Advanced Genetics（2022）等国际知名杂志上，部分成果已获得了2019年度浙江省自然科学一等奖。

浙江大学农学院/海南研究院博士生许凤媛与北京市农林科学院苏同兵研究院为论文的并列第一作者，杨景华教授为论文通讯作者，团队负责人张明方教授指导了本研究。此外，扬州大学杨晓东教授、日本东京大学Shin-ichi Arimura教授和日本玉川大学Nobuya Koizuka教授参与了该研究。该研究得到了国家自然科学基金和浙江省自然科学基金等项目资助。

论文链接：

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/pbi.14268