近日，中國水稻研究所水稻生物育種全國重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室研究員王克劍團(tuán)隊(duì)與中國科學(xué)院院士錢前團(tuán)隊(duì)合作研究，鑒定了一個(gè)新的水稻單倍體誘導(dǎo)基因OsPLDα2，并利用該基因成功創(chuàng)建了僅依賴基因編輯的正常結(jié)實(shí)率雜交水稻無融合生殖體系。相關(guān)研究成果5月20日在線發(fā)表于《科學(xué)通報(bào)》（Science Bulletin）雜志。
對(duì)照組wt與Fix4體系的植株形態(tài)的比較，體現(xiàn)了Fix4體系不影響植株?duì)I養(yǎng)生長。中國水稻所供圖
雜種優(yōu)勢即異花授粉植株相較于自交系親本表現(xiàn)出更高產(chǎn)量和更強(qiáng)抗逆性的現(xiàn)象，長期以來在雜交種子產(chǎn)業(yè)中廣泛應(yīng)用，被視為現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的標(biāo)志性創(chuàng)新成果之一。然而，與自交系種子不同，由于遺傳與表型分離的存在，雜種優(yōu)勢無法穩(wěn)定遺傳。因此，制種公司每年需耗費(fèi)巨大人力、物力重復(fù)制種，最終導(dǎo)致雜交種子價(jià)格顯著高于自交系種子。
無融合生殖是一種無性繁殖方式，可產(chǎn)生基因組成完全復(fù)制母本的種子。盡管自然界中已有超過400種植物進(jìn)化出天然無融合生殖能力，但這一珍貴性狀在主要作物中仍顯著缺失。因此，將無融合生殖特性導(dǎo)入作物被視為農(nóng)業(yè)科研“圣杯”，并持續(xù)吸引植物生物學(xué)家與種子產(chǎn)業(yè)的強(qiáng)烈關(guān)注。
2019年，王克劍團(tuán)隊(duì)建立了水稻無融合生殖體系（簡稱Fix），首次獲得了雜交水稻的克隆種子，實(shí)現(xiàn)了雜交水稻無融合生殖從0到1的原始突破。
然而，第一代Fix體系存在克隆種子效率和結(jié)實(shí)率較低的問題，限制了其在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用。隨后，研究團(tuán)隊(duì)對(duì)無融合生殖體系進(jìn)行了持續(xù)優(yōu)化，逐步構(gòu)建了具有正常結(jié)實(shí)率，以及兼具正常結(jié)實(shí)率和更高克隆種子誘導(dǎo)率的Fix2和Fix3體系。盡管Fix2和Fix3植株都實(shí)現(xiàn)了正常結(jié)實(shí)率，但此二者都依賴基因編輯和卵細(xì)胞異位表達(dá)元件的轉(zhuǎn)化，尚未建立僅依賴基因編輯的正常結(jié)實(shí)率無融合生殖體系。
這項(xiàng)新研究鑒定到了一個(gè)在成熟花粉中特異性表達(dá)的磷脂酶基因PLDα2。該基因的突變能夠誘導(dǎo)產(chǎn)生單倍體子代，同時(shí)具有高結(jié)實(shí)的特征。團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步利用基因編輯技術(shù)，成功構(gòu)建了雜交水稻Fix4體系。該體系不僅能誘導(dǎo)可遺傳的克隆種子，還能維持與母本植株相當(dāng)?shù)慕Y(jié)實(shí)率水平。
研究證明了僅通過基因編輯技術(shù)敲除水稻內(nèi)源基因，可創(chuàng)建結(jié)實(shí)率完全正常的無融合生殖體系，為加速雜交水稻無融合生殖技術(shù)的生產(chǎn)應(yīng)用提供理論支撐與創(chuàng)新方案。研究人員表示，未來通過結(jié)合瞬時(shí)轉(zhuǎn)化技術(shù)，有望實(shí)現(xiàn)不含外源成分的正常結(jié)實(shí)率無融合生殖體系。
相關(guān)論文信息：https://doi.org/10.1016/j.scib.2025.05.022
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