aBIOTECH | 湖南杂交水稻研究中心成功创制出DMS-TD显性不育系

水稻作为典型自花授粉作物，天然异交率极低，传统杂交育种高度依赖人工去雄操作，该过程劳动强度大，极易产生假杂种，育种效率低下，制约水稻智能化设计育种的发展。显性雄性不育（DMS）材料无需人工去雄即可开展异交育种，是破解上述瓶颈的理想遗传工具。但现有的水稻显性雄性不育种质大多存在育性不稳定、受遗传背景影响大、播种前无法区分不育种子等短板，限制了大规模育种应用。如何创制一套育性稳定、播种前实现可育与不育种子分选、适配自动化育种的显性雄性不育系统，是水稻杂交育种领域亟待攻克的技术难题。

近日，湖南杂交水稻研究中心智能不育技术团队在aBIOTECH 发表了题为“DMS-TD: A powerful genetic tool for outcross breeding in rice”的研究论文。该研究利用花药特异启动子p5126驱动绒毡层发育调控基因TDR与胚乳红色荧光标记基因DsRed2连锁表达，成功创制水稻显性雄性不育系统DMS-TD。该材料在不同遗传背景与环境条件下均表现完全、稳定的雄性不育，结合荧光标记可在播种前完成不育种子分选，无需人工去雄即可高效获得真杂交种子，为水稻自动化、智能化设计育种提供强有力的遗传工具。

绒毡层降解调控基因TDR、PTC1、EAT1是调控水稻花药绒毡层程序性死亡的核心转录因子。为筛选能够诱导显性雄性不育的基因元件，研究者利用花药特异性启动子p5126分别驱动这3个基因在水稻品种华占中异位表达。表型鉴定发现，p5126-TDR转基因植株花药瘦小、呈淡黄色，完全没有花粉，表现为彻底的雄性不育；而p5126-PTC1、p5126-EAT1转基因株系育性正常。RT-qPCR结果证实，p5126-TDR株系花药S7和S8a发育时期TDR基因表达量显著高于野生型。拷贝数检测与回交分离群体分析表明，单拷贝半合子插入的p5126-TDR即可稳定诱导显性雄性不育，且回交后代不育株与可育株分离比例符合1:1孟德尔遗传规律（图1）。

图1. 异位表达TDR诱发水稻显性核雄性不育

为实现播种前不育种子的快速分选，研究者将p5126-TDR表达元件与胚乳特异性启动子驱动的红色荧光报告基因DsRed2紧密连锁，将连锁结构导入水稻基因组后，成功创制出DMS-TD显性不育系。DsRed2荧光标记与雄性不育性状完全共分离：杂交后代中红色荧光种子全部发育为雄性不育植株，无荧光种子全部为不含转基因的可育植株，实现高通量可视化种子分拣，解决传统显性雄性不育材料无法早期区分不育/可育种子的痛点（图2）。

图2. DMS-TD异交育种遗传工具

为系统评估DMS-TD育种应用潜力，将DMS-TD与多份不同遗传背景水稻材料杂交，在湖南、海南两地多代种植鉴定。结果显示，来自荧光种子的 F₁植株均保持完全雄性不育，不育性状不受遗传背景与环境条件影响。DMS-TD自然异交率约30%，异交收获的杂交种子颖壳完整，霉变风险显著降低、种子活力优于人工去雄杂交种子。由于DMS-TD完全雄性不育，不存在自交结实，彻底避免假杂种产生，适合育种群体表型精准评价（图3）。

图3. DMS-TD在不同环境条件下不育表型稳定

利用DMS-TD无需人工去雄的技术优势，研究团队开展多基因聚合育种，以DMS-TD作为轮回受体亲本，通过多轮自然异交结合分子标记辅助选择，聚合稻瘟病抗性基因Pi9、褐飞虱抗性基因Bph14、Bph15、白叶枯抗性基因Xa23以及低镉等位基因OsNramp5，创制F005、F016、F132、F252四份优异新种质。抗性接种与田间鉴定表明，4份材料对稻瘟病、白叶枯病、褐飞虱具备优良抗性；携带OsNramp5的F132、F252籽粒镉含量稳定低于国家食品安全限值0.2 mg/kg，其中F132聚合5个优良目标等位基因，在常规及杂交水稻育种中具备很高应用价值（图4）。

图4. 利用DMS-TD开展多基因聚合创制优异种质

大群体轮回选择是拓宽育种群体遗传多样性、挖掘突破性种质的重要手段。研究者利用DMS-TD与17份商业化的籼粳杂交稻品种开展大规模轮回选择育种。DMS-TD不育株在群体中接受周围多个亲本花粉实现多源基因重组；收获种子后借助荧光分拣，将不同遗传背景的荧光不育种子与无荧光可育种子混合播种，开展多轮开放随机授粉。经过两轮轮回选择，筛选获得10份具备典型籼粳杂交特征的优良中间材料。DMS-TD系统省去繁重的人工去雄步骤，可实现大群体高通量真杂种创制，显著提升育种群体遗传多样性，可灵活适配混合播种等多样化育种策略，是解决品种遗传狭隘和不利基因连锁累赘的优异工具（图5）。

图5. 基于DMS‑TD的轮回选择育种模式

以上结果表明，DMS-TD系统由p5126-TDR育性控制模块与DsRed2可视化筛选模块组成，花药特异性启动子p5126驱动TDR异位表达，保证不同遗传背景下完全稳定显性雄性不育，胚乳DsRed2荧光标记在播种前高效分离转基因不育种子与无转基因可育种子，克服现有显性雄性不育材料育性不稳定、背景依赖性强、不育种子无法分选的缺陷。育种应用实例证实DMS-TD雌性功能基本正常，田间自然异交效率高，杂交种子品质优于传统人工去雄杂交种子。该工具可广泛应用于回交创制近等基因系、多亲本遗传群体构建、大规模轮回选择育种，未来还可通过协同设计自动传送装置及自动化授粉设备，利用DMS-TD实现无人化操作的杂交育种，支撑水稻智能化设计育种应用。

该研究得到岳麓山实验室种业专项项目（YLS-2025-ZY01014）、生物育种国家重大专项（2023ZD04076）资助。湖南大学博士研究生董皓、湖南杂交水稻研究中心助理研究员盘毅、湖南大学已毕业博士周天顺为论文共同第一作者；湖南杂交水稻研究中心李莉研究员、余东副研究员为共同通讯作者。

引用本文：

Dong H, Pan Y, Zhou T, Li Y, Xu N, Wu L, et al. DMS-TD: A powerful genetic tool for outcross breeding in rice. aBIOTECH 2026:100099.

https://doi.org/10.1016/j.abiote.2026.100099

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