华中农大团队综述：双单倍体与无融合生殖技术引领作物育种新革命

华中农大团队综述：双单倍体与无融合生殖技术引领作物育种新革命

近日，华中农业大学严建兵教授团队在国际知名期刊《Molecular Plant》发表综述文章，系统总结了双单倍体技术和人工无融合生殖的最新研究进展。这些技术在植物育种中展现出巨大潜力，为未来农作物的精准设计育种和从头驯化提供了新的思路和技术手段。

双单倍体技术是一种通过组织培养或体内诱导产生单倍体植物，然后通过染色体加倍获得纯合系的技术。这一过程通常只需两到三代，显著缩短了育种周期。

中国农业大学陈绍江教授团队在这一领域取得了重要突破。他们通过长期协同攻关，成功研发出玉米单倍体育种高效技术体系，将亲本选育的周期从传统的8代缩短至2代，速度提高4倍以上。这一技术被誉为育种界的“高铁技术”，不仅大幅提高了育种效率，还催生了新的DH纯系创制服务企业，实现了大规模产业化应用。

双单倍体技术的关键在于诱导系，这些系与其他种质杂交时能够诱导产生单倍体后代。例如，玉米的Stock6诱导系在1959年首次被识别，其单倍体诱导率（HIR）为2.29%，随后被用来开发更多的诱导系，这些系在玉米DH育种项目中得到了广泛应用。

无融合生殖是一种无性种子繁殖过程，产生克隆种子而不经过减数分裂和雌雄配子的融合。孤雌生殖是无融合生殖的一种形式，它在许多开花植物家族中都有报道，但主要谷物作物中尚未发现。将孤雌生殖引入主要谷物作物通过杂交尚未成功，但人工植物合成孤雌生殖系统为有效繁殖杂交种提供了有希望的替代途径。

近年来，在通过操纵少数几个基因实现作物合成孤雌生殖方面取得了显著进展。常用的基因包括SPO11-1、REC8和OSD1，这些基因在减数分裂中具有基本功能。在拟南芥中，这些基因的独立突变导致减数分裂异常。在水稻中，PAIR1基因突变被用来代替spo11，以实现OsMiMe。尽管进行了一组基因突变，但在形成配子过程中跳过减数分裂的现象也在只突变了一个基因的拟南芥植物中观察到。

合成孤雌生殖不仅需要在减数分裂缺失的情况下产生配子，还需要在未受精的情况下发育胚胎。通过CENH3的HI能力和MiMe/dyad的联合应用，成功地在拟南芥中以高频率保留了母本杂合性的克隆种子。类似的策略也用于水稻，通过在卵细胞中异位表达BBM基因或使用CRISPR-Cas9突变OsMTL来获得孤雌生殖。合成孤雌生殖在杂交水稻中传递多代的杂种优势，突显了其在先进作物育种中的重要价值。

双单倍体技术和人工无融合生殖各有优劣。双单倍体技术成熟度高，已在玉米等作物中实现大规模应用，但其本质上仍需经过减数分裂过程，无法完全避免基因重组带来的变异。而人工无融合生殖则能真正实现基因的无性传递，保持杂种优势的稳定性，但目前还处于实验室阶段，距离产业化应用尚有距离。

严建兵教授团队的研究为未来农作物的精准设计育种和从头驯化提供了新的思路和技术手段。随着基因编辑技术的不断发展，人工无融合生殖有望在更多作物中实现突破，为农业科技创新注入新的活力。