由于植物的二倍体性质，传统作物育种在创建具有所需遗传性状的自交系时效率不高，其中植物具有两套染色体，每个亲本各一套。相比之下，双单倍体技术利用基因编辑的单倍体诱导植物来创造具有来自单亲本的两组染色体的双单倍体作物。这种革命性的农业方法可以在一代内创建自交作物系，从而加速育种过程。
最近的研究揭示了特定基因触发单倍体诱导的潜力，这是双单倍体技术的关键一步。特别是，基因ZmMATL被鉴定为玉米中的花粉特异性磷脂酶，在植物繁殖过程中的单倍体诱导中发挥作用。基于这一发现，研究人员通过突变OsMATL基因证明了花粉特异性磷脂酶 A 介导的体内单倍体诱导在包括籼稻在内的各种单子叶植物物种中的保守性。然而，单倍体诱导率(HIR)最多也只有6%，远低于行业标准，表明需要提高这一率。
在最近的一项合作研究中，釜山国立大学 Yu-Jin Kim 博士领导的韩国研究人员发现了OsMATL2 ，这是粳稻 ( Oryza sativa japonica )中潜在的单倍体诱导基因。他们的研究成果于 2023 年 7 月 20 日在线发表在《植物生理学》杂志上。
通过结合GUS报告基因、绿色荧光蛋白标记抗体和逆转录酶定量聚合酶链反应，研究小组观察到OsMATL2蛋白(一种磷脂酶)在花粉中高度表达，主要在粳稻细胞的质膜中水稻厂。
为了评估OsMATL2(编码 OsMATL2 蛋白的基因)在单倍体诱导中的作用，研究小组使用 CRISPR/Cas9 系统生成OsMATL2 蛋白表达受到抑制的敲除突变体 ( sgOsMATL2 )。虽然与正常水稻相比，二倍体sgOsMATL2植物没有表现出营养缺陷，但其单倍体对应物的尺寸明显较小。此外，所有sgOsMATL2植物的结籽率均降低(约为正常值的 80%)。最重要的是，单倍体sgOsMATL2植物由于花粉发育的严重缺陷而表现出雄性不育。
通过流式细胞术和荧光显微镜，研究人员观察到单倍体sgOsMATL2植物的染色体数量仅为正常植物的一半，证实OsMATL2基因失活确实会触发单倍体诱导。sgOsMATL2植物的HIR平均为6.34%，略高于OsMATL突变触发的HIR。“传统作物育种需要多代自交。基因编辑的 OsMATL2 植物可以用作单倍体诱导剂，在一代内产生完美的自交水稻品系”，Kim 博士总结道。
这项研究表明水稻中存在一种新的单倍体诱导基因。虽然OsMATL和OsMATL2基因的个体 HIR 约为 6%，但由于其功能冗余，有可能对这两个基因进行突变以获得更高的 HIR。这项研究的应用可以彻底改变水稻种植。 “需要快速作物育种来应对气候变化、非生物胁迫和病毒威胁。鉴定更多的单倍体诱导基因并了解其在植物双受精过程中的机制可以减少有效作物育种所需的时间和精力”，Kim 博士总结道。
标签：
免责声明：本文由用户上传，如有侵权请联系删除！