中國農(nóng)大新聞網(wǎng)訊 近日，中國農(nóng)業(yè)大學陳紹江教授和劉晨旭副教授聯(lián)合其他研究團隊，在植物領域知名期刊《Plant Biotechnology Journal》上發(fā)表題為“In vivo maternal haploid induction in tomato”的研究成果。首次建立了番茄單倍體誘導系統(tǒng)，為創(chuàng)建單雙子葉作物通用的跨物種單倍體快速育種技術體系奠定了基礎。
番茄是我國也是世界上最重要的蔬菜作物之一，全球年總產(chǎn)量近2億噸。目前生產(chǎn)上使用的番茄品種主要是雜交種，因此親本純系的創(chuàng)制是其育種的關鍵步驟。傳統(tǒng)方法獲得番茄純系一般需要多代自交，周期長、效率低。盡管科學家們一直在試圖建立番茄的單倍體快速育種技術體系，但迄今仍未取得突破。中國農(nóng)業(yè)大學陳紹江教授團隊經(jīng)過長期研究，已建立起高效的玉米單倍體育種技術體系并成功大規(guī)模的應用于育種實踐。該研究突破了無法誘導獲得番茄單倍體的難題，有望成為番茄等雙子葉作物純系創(chuàng)制的加速器和高鐵技術。
研究團隊在克隆玉米單倍體關鍵誘導基因ZmDMP的基礎上，利用擬南芥首先驗證了該基因在雙子葉植物中功能的保守性。為進一步驗證其在重要雙子葉作物中的應用價值，研究團隊通過序列比對，發(fā)現(xiàn)ZmDMP在番茄中存在1個同源基因。實驗結果表明，敲除該基因后在產(chǎn)生敗育種子的同時，可以在雜交和自交后代中形成一定比例的母本單倍體，證明了番茄中SlDMP基因突變同樣具備獨立的單倍體誘導的能力。對雜交產(chǎn)生的單倍體進行的高通量測序結果表明，這些單倍體均不攜帶來自父本的染色體組，這說明sldmp突變體誘導產(chǎn)生的是純母本單倍體。為解決番茄單倍體的快速高效鑒別難題，該研究還建立了熒光快速鑒別方法。通過浸濕種子和剛萌發(fā)根尖熒光的兩步觀察，可實現(xiàn)番茄單倍體的精準鑒別?；趧?chuàng)建的番茄單倍體誘導鑒別技術體系，團隊還對不同遺傳背景的番茄進行了誘導效應研究。實驗表明，以創(chuàng)制的番茄單倍體誘導系為父本，與36個材料雜交均能夠產(chǎn)生單倍體，誘導率變幅為0.5% ~ 3.7%，平均誘導率為1.9%，這表明以DMP-HI系統(tǒng)為基礎的番茄單倍體誘導體系無明顯的基因型依賴性，表現(xiàn)出很好的通用性。同時，由于番茄具有較好的繁殖性能，有助于單倍體加倍并實現(xiàn)較高通量的DH純系創(chuàng)制。因此本研究所創(chuàng)建的技術體系有望對番茄育種的提速增效發(fā)揮重要作用。
該研究驗證了番茄DMP基因單倍體誘導的功能，解決了番茄單倍體產(chǎn)生的關鍵技術瓶頸，創(chuàng)制了國際上首個番茄單倍體誘導系及其配套的誘導鑒別技術，研究結果不僅可為相關核心技術的研發(fā)起到引領作用，也可為更多作物上創(chuàng)建通用的跨物種單倍體快速育種技術體系及雜種優(yōu)勢利用效能提升開辟新的路徑。
中國農(nóng)業(yè)大學國家玉米改良中心陳紹江教授、劉晨旭副教授和瓦赫寧根大學高級研究員Kim Boutilier為本文通訊作者。中國農(nóng)業(yè)大學博士后鐘裕、瓦赫寧根大學博士后陳寶建、中國農(nóng)業(yè)大學博士研究生王冬和中國農(nóng)科院基因組所朱曦鑒為論文共同第一作者，中國農(nóng)科院基因組所黃三文研究員、蔬菜花卉研究所張金喆博士參與了本研究工作。
該研究得到了國家重點研發(fā)計劃、現(xiàn)代玉米產(chǎn)業(yè)體系、國家自然科學基金、中國農(nóng)業(yè)大學“雙一流”專項和博士后科學基金的資助。中國農(nóng)業(yè)大學園藝學院楊文才教授、沈火林教授等對本項研究提供了支持。
供稿：農(nóng)學院
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