我國科學(xué)家建立正常結(jié)實率雜交水稻無融合生殖體系

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近日，國際期刊《分子植物》刊登了中國水稻研究所王克劍研究員團隊的最新成果。該團隊通過優(yōu)化雜交水稻無融合生殖體系，獲得結(jié)實率可達80.9%-86.1%的Fix2植株。其結(jié)實率與正常雜交稻的82.1%-86.6%相近。

雜交稻育種可實現(xiàn)水稻高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)，但雜交稻后代種子會發(fā)生雜種優(yōu)勢表型分離，因而無法再應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，需要每年通過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，價格十分昂貴。

卵細胞異位表達BBM4誘導(dǎo)孤雌生殖?？蒲袌F隊供圖

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

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

研究團隊通過生物信息分析、遺傳實驗、分子標記技術(shù)和流式細胞術(shù)等手段，在水稻基因組中挖掘到一個新的可以誘導(dǎo)孤雌生殖基因BBM4。在卵細胞異位表達該基因可以誘導(dǎo)產(chǎn)生單倍體，誘導(dǎo)率為3.2%。隨后，研究人員測試了BBM4在水稻無融合生殖體系的應(yīng)用潛力，將異位表達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)無融合生殖的植株。

“此次研究，得到了結(jié)實率幾乎不受影響的無融合生殖雜交水稻植株，相較以往的植株，結(jié)實率有大幅提升。”科研人員介紹，團隊通過細胞倍性檢測，在無融合生殖植株子代中獲得了細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，同時維持了正常水平的結(jié)實率 。

科研人員表示，該研究成功解決了前期無融合生殖植株產(chǎn)量低的問題，但雜交稻無融合生殖系統(tǒng)仍存在克隆種子比例較低的問題，目前還不能直接應(yīng)用于水稻生產(chǎn)。未來需要進一步優(yōu)化，在不影響結(jié)實率同時，同步提高克隆種子的誘導(dǎo)率。

關(guān)鍵詞： 無融合生殖 雜交水稻 孤雌生殖 克隆繁殖 研究人員