仅靠基因编辑正常结实率无融合生殖体系创建成功

　　近日，中国水稻研究所水稻生物育种全国重点实验室研究员王克剑团队与中国科学院院士钱前团队合作研究，鉴定了一个新的水稻单倍体诱导基因OsPLDα2，并利用该基因成功创建了仅依赖基因编辑的正常结实率杂交水稻无融合生殖体系。相关研究成果5月20日在线发表于《科学通报》（Science Bulletin）杂志。

　　杂种优势即异花授粉植株相较于自交系亲本表现出更高产量和更强抗逆性的现象，长期以来在杂交种子产业中广泛应用，被视为现代农业的标志性创新成果之一。然而，与自交系种子不同，由于遗传与表型分离的存在，杂种优势无法稳定遗传。因此，制种公司每年需耗费巨大人力、物力重复制种，最终导致杂交种子价格显著高于自交系种子。

　　无融合生殖是一种无性繁殖方式，可产生基因组成完全复制母本的种子。尽管自然界中已有超过400种植物进化出天然无融合生殖能力，但这一珍贵性状在主要作物中仍显著缺失。因此，将无融合生殖特性导入作物被视为农业科研“圣杯”，并持续吸引植物生物学家与种子产业的强烈关注。

　　2019年，王克剑团队建立了水稻无融合生殖体系（简称Fix），首次获得了杂交水稻的克隆种子，实现了杂交水稻无融合生殖从0到1的原始突破。

　　然而，第一代Fix体系存在克隆种子效率和结实率较低的问题，限制了其在农业生产中的应用。随后，研究团队对无融合生殖体系进行了持续优化，逐步构建了具有正常结实率，以及兼具正常结实率和更高克隆种子诱导率的Fix2和Fix3体系。尽管Fix2和Fix3植株都实现了正常结实率，但此二者都依赖基因编辑和卵细胞异位表达元件的转化，尚未建立仅依赖基因编辑的正常结实率无融合生殖体系。

　　这项新研究鉴定到了一个在成熟花粉中特异性表达的磷脂酶基因PLDα2。该基因的突变能够诱导产生单倍体子代，同时具有高结实的特征。团队进一步利用基因编辑技术，成功构建了杂交水稻Fix4体系。该体系不仅能诱导可遗传的克隆种子，还能维持与母本植株相当的结实率水平。

　　研究证明了仅通过基因编辑技术敲除水稻内源基因，可创建结实率完全正常的无融合生殖体系，为加速杂交水稻无融合生殖技术的生产应用提供理论支撑与创新方案。研究人员表示，未来通过结合瞬时转化技术，有望实现不含外源成分的正常结实率无融合生殖体系。