近日，中國農業科學院作物科學研究所玉米基因編輯創新研究組聯合中國農業大學利用CRISPR/Cas9基因編輯技術定點突變創制了作物孤雌生殖單倍體誘導系，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）育種技術體系提供了范例，具有很高的應用價值。相關研究成果發表在《分子植物（Molecular Plant）》雜志上。
DH育種技術是利用自然發生或人工誘導受體親本產生單倍體植株，再通過自然或化學加倍獲得二倍體純合系的育種技術。誘導孤雌生殖單倍體并加倍的DH技術是指利用父本較高頻率誘導孤雌生殖性，誘導系（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，誘導產生卵核單倍體結實，再通過染色體加倍形成遺傳純合系的育種技術。該技術僅需兩個世代即可獲得純系，與傳統育種選系遺傳純合需要7-8個世代相比，具有重要的技術優勢與應用價值，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率的玉米株系具有重要應用價值。DH關鍵技術環節包括單倍體誘導、單倍體篩選、染色體加倍三個環節。2017年美國和中國科學家分別獨立克隆了MATRILINEAL (MTL)/ZmPLA1基因，通過該基因突變提高玉米單倍體誘導的成功率，并驗證創制的誘導系誘導率可達11%，平均誘導率7.47%。
在此基礎上，該團隊研究人員構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），并通過農桿菌介導穩定遺傳轉化獲得了單拷貝的雙熒光標記轉基因株系。進一步將DFP標記和創制的單倍體誘導系雜交聚合，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系。該研究為創制的高頻誘導系配套了穩定表達的DFP單倍體篩選與鑒定標記，該標記可以應用于幼胚、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奠定了重要技術基礎。
該研究得到了轉基因重大專項、北京科委重大項目與國家重點研發計劃中國農科院基本科研業務費院級統籌項目等資助。（通訊員 衛斐）
