近日，中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所玉米基因編輯創(chuàng)新研究組聯(lián)合中國農(nóng)業(yè)大學(xué)利用CRISPR/Cas9基因編輯技術(shù)定點突變創(chuàng)制了作物孤雌生殖單倍體誘導(dǎo)系，并為其配套了高效單倍體篩選與鑒定標記，為作物雙單倍體（Doubled Haploid, 簡稱DH）育種技術(shù)體系提供了范例，具有很高的應(yīng)用價值。相關(guān)研究成果發(fā)表在《分子植物（Molecular Plant）》雜志上。
DH育種技術(shù)是利用自然發(fā)生或人工誘導(dǎo)受體親本產(chǎn)生單倍體植株，再通過自然或化學(xué)加倍獲得二倍體純合系的育種技術(shù)。誘導(dǎo)孤雌生殖單倍體并加倍的DH技術(shù)是指利用父本較高頻率誘導(dǎo)孤雌生殖性，誘導(dǎo)系（父本）與受體（母本）授粉雜交后，雙授精的過程中，父本精核并未與受體卵核形成合子，誘導(dǎo)產(chǎn)生卵核單倍體結(jié)實，再通過染色體加倍形成遺傳純合系的育種技術(shù)。該技術(shù)僅需兩個世代即可獲得純系，與傳統(tǒng)育種選系遺傳純合需要7-8個世代相比，具有重要的技術(shù)優(yōu)勢與應(yīng)用價值，已成為玉米育種選系的主要策略。因此，選育具有高單倍體誘導(dǎo)率的玉米株系具有重要應(yīng)用價值。DH關(guān)鍵技術(shù)環(huán)節(jié)包括單倍體誘導(dǎo)、單倍體篩選、染色體加倍三個環(huán)節(jié)。2017年美國和中國科學(xué)家分別獨立克隆了MATRILINEAL (MTL)/ZmPLA1基因，通過該基因突變提高玉米單倍體誘導(dǎo)的成功率，并驗證創(chuàng)制的誘導(dǎo)系誘導(dǎo)率可達11%，平均誘導(dǎo)率7.47%。
在此基礎(chǔ)上，該團隊研究人員構(gòu)建了胚特異表達綠色熒光蛋白和胚乳特異表達紅色熒光蛋白的雙熒光標記表達盒（DFP），并通過農(nóng)桿菌介導(dǎo)穩(wěn)定遺傳轉(zhuǎn)化獲得了單拷貝的雙熒光標記轉(zhuǎn)基因株系。進一步將DFP標記和創(chuàng)制的單倍體誘導(dǎo)系雜交聚合，選育出了多個可以基于雙熒光標記篩選受體單倍體的高頻單倍體誘導(dǎo)系。該研究為創(chuàng)制的高頻誘導(dǎo)系配套了穩(wěn)定表達的DFP單倍體篩選與鑒定標記，該標記可以應(yīng)用于幼胚、成熟種子水平篩選與分離單倍體籽粒，采用該標記也可以在田間開放授粉條件下，實施DH育種的單倍體誘導(dǎo)與篩選工作，大大地提高了工作的彈性，降低了工作量，提高了工作效率。同時也通過體外試驗證明，該DFP標記也擴展應(yīng)用于水稻、小麥與大麥等禾本科作物，為這些禾本科作物高效雙單倍體育種技術(shù)奠定了重要技術(shù)基礎(chǔ)。
該研究得到了轉(zhuǎn)基因重大專項、北京科委重大項目與國家重點研發(fā)計劃中國農(nóng)科院基本科研業(yè)務(wù)費院級統(tǒng)籌項目等資助。（通訊員 衛(wèi)斐）
