植物减数分裂分子机制研究新进展：从基础科学到育种应用

植物减数分裂分子机制研究新进展：从基础科学到育种应用

减数分裂是生物有性生殖过程中的关键环节，对遗传多样性和物种进化具有重要意义。近日，我国科研团队在《New Crops》期刊上发表综述论文，系统阐述了植物减数分裂的分子机制及其在作物育种中的应用前景。

减数分裂是生物有性生殖的关键过程，对遗传多样性和物种进化至关重要。通过同源染色体的交叉互换和姐妹染色单体的分离，减数分裂产生了新的遗传组合，从而增加了后代的遗传多样性，使其能够更好地适应环境变化。在作物育种中，深入理解减数分裂的分子机制将帮助育种家操控这一过程，以培育出高产、抗病、优质的新型作物品种。

近日，本团队在New Crops上在线发表了题为“Meiosis in plants: From understanding to manipulation”的综述论文，该论文介绍了植物减数分裂的研究进展及其调控机制，并在此基础上综述了通过操纵减数分裂过程而进行的育种技术创新。文章不仅展示了植物减数分裂的精妙调控过程，还为作物育种技术创新提供了新的思路。

本文从减数分裂分子机制研究进展和通过操控减数分裂实现育种技术创新两个方面进行综述。在减数分裂分子机制研究进展部分，介绍了减数分裂期间染色体行为及重组过程（图1）。在减数分裂I期，着重介绍了重组的发生及调控机制，包括DNA双链断裂的产生、重组事件发生的路径及参与调控的基因功能，全面展示了植物减数分裂重组研究的最新进展。在减数分裂Ⅱ期，以细胞周期蛋白的调控作用为主要内容，描述了染色体分离过程。

图1 减数分裂及遗传重组过程

随着植物减数分裂分子机制逐渐清晰以及现代分子生物学工具快速发展，通过操控减数分裂过程进行育种技术创新已取得一定成果（图2）。主要包括：1）敲除重组抑制因子或精准调控重组通路相关蛋白提高遗传重组频率；2）调整甲基化水平或利用重组相关蛋白结合CRISPR技术靶向改变重组分布；3）调控多个减数分裂基因以消除重组，构建人工无融合生殖系统；4）通过调控减数分裂基因获得四倍体，实现自多倍体渐进式杂种优势。这些技术为作物育种的进一步应用奠定了基础，为提升作物产量和质量提供了新的策略。

图2 操纵减数分裂过程进行育种技术创新

该研究得到国家自然科学基金等项目资助。原文链接：https://doi.org/10.1016/j.ncrops.2024.100055