種子被譽(yù)為農(nóng)業(yè)的"芯片"，種業(yè)是國家戰(zhàn)略性、基礎(chǔ)性核心產(chǎn)業(yè)。在全球糧食安全壓力日益嚴(yán)峻的背景下，提升育種效率、加速優(yōu)良品種選育已成為各國農(nóng)業(yè)科技競爭的焦點(diǎn)。傳統(tǒng)的雜交育種方法通常需要6-8代自交才能獲得遺傳穩(wěn)定的純系材料，育種周期漫長、效率低下，難以滿足現(xiàn)代農(nóng)業(yè)對快速響應(yīng)市場需求、應(yīng)對氣候變化挑戰(zhàn)的迫切要求。

單倍體育種技術(shù)的出現(xiàn)為這一困境帶來了革命性的解決方案。該技術(shù)通過誘導(dǎo)產(chǎn)生單倍體植株并使其染色體加倍，僅需1-2個(gè)世代即可獲得完全純合的雙單倍體系，將育種周期縮短至傳統(tǒng)方法的1/4甚至更短。這一技術(shù)突破不僅大幅提升了育種效率，更為加速種質(zhì)資源創(chuàng)新、縮短品種更新?lián)Q代周期提供了關(guān)鍵技術(shù)支撐。因此，單倍體育種技術(shù)被譽(yù)為現(xiàn)代育種的"加速器"，在水稻、玉米、小麥等主要糧食作物的品種改良中發(fā)揮了重要作用。

然而，在雙子葉植物尤其是蔬菜作物中，高效單倍體誘導(dǎo)體系的建立仍面臨諸多瓶頸。目前，DMP同源基因介導(dǎo)的母本單倍體誘導(dǎo)已在多種雙子葉植物中取得成功，但單一的誘導(dǎo)策略難以滿足多樣化的育種需求，尋找新的單倍體誘導(dǎo)靶標(biāo)基因成為該領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。玉米中ZmPOD65基因突變能夠誘導(dǎo)體內(nèi)母本單倍體的發(fā)現(xiàn)，為單倍體育種開辟了新方向，但其同源基因在雙子葉植物中是否具有同樣的功能，一直未有定論。這一關(guān)鍵科學(xué)問題的解答，將直接關(guān)系到單倍體育種技術(shù)能否在更廣泛的作物種類中推廣應(yīng)用。

近日，中國農(nóng)業(yè)大學(xué)任華中/劉興旺團(tuán)隊(duì)在JIPB在線發(fā)表了題為EditingCsPOD7triggersin vivomaternal haploid induction in cucumber的研究論文。該研究首次在雙子葉植物黃瓜中證實(shí)，編輯ZmPOD65的同源基因CsPOD7能夠誘導(dǎo)體內(nèi)母本單倍體，該結(jié)果為單倍體育種提供了不依賴于DMP的新策略。

該團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，黃瓜中ZmPOD65的同源基因CsPOD7在花藥中特異性高表達(dá)。利用CRISPR/Cas9技術(shù)編輯該基因后，可導(dǎo)致其突變體的花粉萌發(fā)率下降約36%，飽滿種子比例顯著降低，而敗育種子比例則顯著提高（圖1D–F），呈現(xiàn)出典型的單倍體誘導(dǎo)株系特征。更重要的是，在Cspod7突變體自交后代中，成功獲得了單倍體植株（圖1I）；而以該突變體為父本與多個(gè)不同遺傳背景的黃瓜品種雜交，均可穩(wěn)定誘導(dǎo)產(chǎn)生母本單倍體，平均誘導(dǎo)率約為0.16%–0.2%（圖1I）。

該研究首次證明，在雙子葉植物黃瓜中編輯CsPOD7基因可體內(nèi)誘導(dǎo)母本單倍體。這一發(fā)現(xiàn)不僅為黃瓜單倍體育種提供了新工具，也為其他雙子葉作物的單倍體育種開辟了不依賴于DMP的新途徑。據(jù)此，未來有望通過多基因敲除策略進(jìn)一步提高黃瓜等雙子葉植物的誘導(dǎo)效率。

中國農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院博士生李森, 已畢業(yè)博士生尹帥為該論文的共同第一作者。中國農(nóng)業(yè)大學(xué)劉興旺副教授和任華中教授為論文的共同通訊作者。該研究得到了國家自然科學(xué)基金、中國農(nóng)業(yè)大學(xué)2115人才發(fā)展計(jì)劃、中國農(nóng)業(yè)大學(xué)111項(xiàng)目的資助。

任華中/劉興旺課題組長期從黃瓜遺傳改良與分子調(diào)控研究，取得了一系列重要研究進(jìn)展，在 Journal of Integrative Plant Biology、The Plant cell、Plant Biotechnology Journal、Journal of Advanced Research、New Phytologist、Plant Physiology、The Plant Journal、Horticulture Research等國際主流學(xué)術(shù)期刊發(fā)表論文40余篇。

論文鏈接：

https://doi.org/10.1111/jipb.70276