中國農大新聞網訊 近日，中國農業大學陳紹江教授和劉晨旭副教授聯合其他研究團隊，在植物領域知名期刊《Plant Biotechnology Journal》上發表題為“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，為創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，全球年總產量近2億噸。目前生產上使用的番茄品種主要是雜交種，因此親本純系的創制是其育種的關鍵步驟。傳統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。中國農業大學陳紹江教授團隊經過長期研究，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，發現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根尖熒光的兩步觀察，可實現番茄單倍體的精準鑒別。基于創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，以創制的番茄單倍體誘導系為父本，與36個材料雜交均能夠產生單倍體，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較高通量的DH純系創制。因此本研究所創建的技術體系有望對番茄育種的提速增效發揮重要作用。
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生的關鍵技術瓶頸，創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起到引領作用，也可為更多作物上創建通用的跨物種單倍體快速育種技術體系及雜種優勢利用效能提升開辟新的路徑。
中國農業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。中國農業大學博士后鐘裕、瓦赫寧根大學博士后陳寶建、中國農業大學博士研究生王冬和中國農科院基因組所朱曦鑒為論文共同第一作者，中國農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計劃、現代玉米產業體系、國家自然科學基金、中國農業大學“雙一流”專項和博士后科學基金的資助。中國農業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：農學院
日期：2021-12-06
番茄是我國也是世界上最重要的蔬菜作物之一，全球年總產量近2億噸。目前生產上使用的番茄品種主要是雜交種，因此親本純系的創制是其育種的關鍵步驟。傳統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。中國農業大學陳紹江教授團隊經過長期研究，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，發現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根尖熒光的兩步觀察，可實現番茄單倍體的精準鑒別。基于創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，以創制的番茄單倍體誘導系為父本，與36個材料雜交均能夠產生單倍體，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較高通量的DH純系創制。因此本研究所創建的技術體系有望對番茄育種的提速增效發揮重要作用。
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生的關鍵技術瓶頸，創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起到引領作用，也可為更多作物上創建通用的跨物種單倍體快速育種技術體系及雜種優勢利用效能提升開辟新的路徑。
中國農業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。中國農業大學博士后鐘裕、瓦赫寧根大學博士后陳寶建、中國農業大學博士研究生王冬和中國農科院基因組所朱曦鑒為論文共同第一作者，中國農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計劃、現代玉米產業體系、國家自然科學基金、中國農業大學“雙一流”專項和博士后科學基金的資助。中國農業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：農學院
日期：2021-12-06
