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我科学家建立正常结实率杂交水稻无融合生殖体系
这两种人工无融合生殖体系均存在结实率低和克隆种子比例低的问题,限制了其在农作物中的应用。

  近日,国际期刊《分子植物》刊登了中国水稻研究所王克剑研究员团队的最新成果。该团队通过优化杂交水稻无融合生殖体系,获得结实率可达80.9%—86.1%的Fix2植株。其结实率与正常杂交稻的82.1%—86.6%相近。

  杂交稻育种可实现水稻高产、稳产,但杂交稻后代种子会发生杂种优势表型分离,因而无法再应用于农业生产,需要每年通过繁琐的程序重制新的杂交种子。杂交制种极易受外界环境影响,生产成本高,种子产量低,价格十分昂贵。

  自然界中存在一种通过种子进行克隆繁殖的无性生殖方式——无融合生殖,将这种生殖方式引入杂交农作物中,有望实现杂交作物自留种。2019年,美国科学家和王克剑团队分别在常规稻和杂交稻中建立人工无融合生殖体系,首次获得水稻的克隆种子,为杂交稻进行自留种提供了可能。

  但是,这两种人工无融合生殖体系均存在结实率低和克隆种子比例低的问题,限制了其在农作物中的应用。

  研究团队通过生物信息分析、遗传实验、分子标记技术和流式细胞术等手段,在水稻基因组中挖掘到一个新的可以诱导孤雌生殖基因BBM4。在卵细胞异位表达该基因可以诱导产生单倍体,诱导率为3.2%。随后,研究人员测试了BBM4在水稻无融合生殖体系的应用潜力,将异位表达BBM4与有丝分裂代替减数分裂策略MiMe结合,在杂交稻中成功获得能触发无融合生殖的植株。

  “此次研究,得到了结实率几乎不受影响的无融合生殖杂交水稻植株,相较以往的植株,结实率有大幅提升。”科研人员介绍,团队通过细胞倍性检测,在无融合生殖植株子代中获得了细胞倍性为二倍体且基因型与亲本保持一致的植株,这些克隆植株的表型也与野生型杂交稻高度相似,同时维持了正常水平的结实率。

  科研人员表示,该研究成功解决了前期无融合生殖植株产量低的问题,但杂交稻无融合生殖系统仍存在克隆种子比例较低的问题,目前还不能直接应用于水稻生产。未来需要进一步优化,在不影响结实率同时,提高克隆种子的诱导率。

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