我國(guó)科學(xué)家建立正常結(jié)實(shí)率雜交水稻無(wú)融合生殖體系

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近日，國(guó)際期刊《分子植物》刊登了中國(guó)水稻研究所王克劍研究員團(tuán)隊(duì)的最新成果。該團(tuán)隊(duì)通過(guò)優(yōu)化雜交水稻無(wú)融合生殖體系，獲得結(jié)實(shí)率可達(dá)80.9%-86.1%的Fix2植株。其結(jié)實(shí)率與正常雜交稻的82.1%-86.6%相近。

雜交稻育種可實(shí)現(xiàn)水稻高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)，但雜交稻后代種子會(huì)發(fā)生雜種優(yōu)勢(shì)表型分離，因而無(wú)法再應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，需要每年通過(guò)煩瑣的程序重制新的雜交種子。雜交制種極易受外界環(huán)境影響，生產(chǎn)成本高，種子產(chǎn)量低，價(jià)格十分昂貴。

卵細(xì)胞異位表達(dá)BBM4誘導(dǎo)孤雌生殖。科研團(tuán)隊(duì)供圖

自然界中存在一種通過(guò)種子進(jìn)行克隆繁殖的無(wú)性生殖方式——無(wú)融合生殖，將這種生殖方式引入雜交農(nóng)作物中，有望實(shí)現(xiàn)雜交作物自留種。2019年，美國(guó)科學(xué)家和王克劍團(tuán)隊(duì)分別在常規(guī)稻和雜交稻中建立人工無(wú)融合生殖體系，首次獲得水稻的克隆種子，為雜交稻進(jìn)行自留種提供了可能。

但是，這兩種人工無(wú)融合生殖體系均存在結(jié)實(shí)率低和克隆種子比例低的問(wèn)題，限制了其在農(nóng)作物中的應(yīng)用。

研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)生物信息分析、遺傳實(shí)驗(yàn)、分子標(biāo)記技術(shù)和流式細(xì)胞術(shù)等手段，在水稻基因組中挖掘到一個(gè)新的可以誘導(dǎo)孤雌生殖基因BBM4。在卵細(xì)胞異位表達(dá)該基因可以誘導(dǎo)產(chǎn)生單倍體，誘導(dǎo)率為3.2%。隨后，研究人員測(cè)試了BBM4在水稻無(wú)融合生殖體系的應(yīng)用潛力，將異位表達(dá)BBM4與有絲分裂代替減數(shù)分裂策略MiMe結(jié)合，在雜交稻中成功獲得能觸發(fā)無(wú)融合生殖的植株。

“此次研究，得到了結(jié)實(shí)率幾乎不受影響的無(wú)融合生殖雜交水稻植株，相較以往的植株，結(jié)實(shí)率有大幅提升。”科研人員介紹，團(tuán)隊(duì)通過(guò)細(xì)胞倍性檢測(cè)，在無(wú)融合生殖植株子代中獲得了細(xì)胞倍性為二倍體且基因型與親本保持一致的植株，這些克隆植株的表型也與野生型雜交稻高度相似，同時(shí)維持了正常水平的結(jié)實(shí)率 。

科研人員表示，該研究成功解決了前期無(wú)融合生殖植株產(chǎn)量低的問(wèn)題，但雜交稻無(wú)融合生殖系統(tǒng)仍存在克隆種子比例較低的問(wèn)題，目前還不能直接應(yīng)用于水稻生產(chǎn)。未來(lái)需要進(jìn)一步優(yōu)化，在不影響結(jié)實(shí)率同時(shí)，同步提高克隆種子的誘導(dǎo)率。

關(guān)鍵詞： 無(wú)融合生殖 雜交水稻 孤雌生殖 克隆繁殖 研究人員