只依靠基因编辑的正常结实率而不结合生殖系统建立成功

近日，中国水稻研究所水稻生物育种国家重点实验室研究员王克健团队与中国科学院钱前教授团队合作，确定了新的水稻单倍体诱导基因OSPLDα2、利用基因成功创建了杂交稻无结合生殖系统，只依靠基因编辑。相关研究成果于5月20日在《科学通知》上发表(Science Bulletin)杂志。

杂种优点是异花授粉植物产量高，抗旱性强，长期广泛应用于杂交种子行业，被认为是现代农业的标志性创新成果之一。然而，与自交种子不同，由于遗传和表型的分离，杂种的优势不能稳定地遗传下来。因此，种子生产公司每年需要消耗大量的人力和物质资源来重复种子生产，最终导致杂交种子的价格明显高于自交种子。

无结合生殖是一种无性繁殖方式，可以产生完全复制母本种子的基因组成。虽然自然界有400多种植物进化出自然无结合生殖能力，但这一宝贵特征在主要作物中仍然明显缺失。因此，将无结合生殖特征引入作物被视为农业科研的“圣杯”，并继续吸引植物生物学家和种子产业的强烈关注。

2019年，王克建团队建立了水稻无结合生殖系统(Fix)，首次获得杂交水稻复制种子，完成了杂交水稻无结合生殖从0到1的原始突破。

然而，第一代Fix系统存在复制种子效率低、结实率低的问题，限制了种子在农业生产中的应用。随后，研究小组不断优化无结合生殖系统，逐步构建了Fix2和Fix3系统，具有正常结实率，兼顾正常结实率和更高的复制种子诱导率。虽然Fix2和Fix3植物都实现了正常的结实率，但两者都依赖于基因编辑和卵子异位表达装置的转换，尚未建立仅依靠基因编辑的正常结实率无结合生殖系统。

本研究鉴定了成熟花粉中磷脂酶基因PLD的特异性表达α2.基因的突变可以诱导单倍体后代的产生，具有高强度的特点。该团队进一步利用基因编辑技术，成功构建了杂交稻Fix4系统。该系统不仅可以诱导可遗传的复制种子，而且可以保持与母亲植物相同的强度水平。

研究证明，只有通过基因编辑技术去除水稻内源性基因，才能建立一个完全正常的无结合生殖系统，为加快杂交水稻无结合生殖技术的生产和应用提供理论支持和创新解决方案。研究人员表示，未来通过结合即时转换技术，预计将实现无外源成分的正常结实率。