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CRISPR改良杂交水稻已经到来:高产,抗病,支持无性繁殖!

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  • 2019-10-10
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简介2018年12月,加州大学戴维斯分校的植物生物学家发现了一种通过无性繁殖克隆种子的方法,解决了杂交植物的育种问题。这一发现长期以来受到植

    2018年12月,加州大学戴维斯分校的植物生物学家发现了一种通过无性繁殖克隆种子的方法,解决了杂交植物的育种问题。这一发现长期以来受到植物育种家和遗传学家的追捧,对全球农业具有重要意义。它可以使世界上最贫穷的农民更容易种植高产、抗病或抗气候的作物,并且可以容易地保留杂交植物的克隆种子供将来使用。这项研究发表在12月12日的《自然》杂志上。自20世纪20年代以来,杂交作物越来越受欢迎。杂交作物在株高、茎叶、根系和籽粒、抗旱抗涝、抗病虫害、抗倒伏、光合强度等方面均优于亲本。因此,杂交作物的产量大大提高。这些优势体现在一般杂种优势上。然而,其缺点是杂交作物的种子无法种植具有同样良好特性的作物。如果第一代杂交种在收获后种植,在下一年种植,第二代杂交种往往会出现性状分离,表现为株高不均匀,穗大小不均匀,成熟时间不均匀,杂种优势明显减弱,产量大幅度下降。因此,种植的杂交作物不能保留。对于农民来说,他们需要每年购买杂交作物的种子。实现能够保持杂交植物优良特性的克隆种子将是世界农业的重大突破。农民可以从他们自己的杂交植物中收获种子,而无需每年购买昂贵的杂交种子,也不影响高产的好处。这是改变农业的理想目标。自然界大约有400种野生植物可以在不施肥的情况下产生种子。这一过程被称为孤雌生殖,在植物学界非常普遍,但在经济作物中并不存在。加州大学戴维斯分校的博士后研究员Imtiyaz Khanday和他的同事们向前迈出了重要的一步。他们发现通过修饰两组基因,有可能从杂交水稻中克隆出单倍型种子。首先,研究小组发现,在植物受精卵中,精子中一种叫做BA.BOOM1的基因触发了种子胚胎的发育。图|Imtiyaz Khanday(左),Venkatesan Sundaresan(右)(来源:KARIN HIGGINS/UC DAVIS),因此科学家试图编辑水稻基因,使用CRISPR/Cas9基因编辑工具修改水稻减数分裂所必需的三个基因,以便卵母细胞不经历减数分裂,并直接产生“卵母细胞”,其中包含完整的染色体。然后,研究人员让含有完整染色体的“卵母细胞”也表达BA.BOOM1基因。结果表明,转化细胞不经受精即可直接发育成胚胎。因此,我们有一个二倍体卵细胞,可以形成胚胎,它会成长为克隆种子。到目前为止,这一过程的成功率大约为30%,但是研究人员希望更多的研究可以提高效率。Sundaresan说,这种方法应该应用于其他谷类作物和其他具有相同BBM1基因的植物。研究人员说,他们创造的克隆种子在其原始杂交中遗传完整。它们发芽成植物,可以像下一代一样克隆自己。澳大利亚联邦科学与工业研究组织(.nFederalOrganizationforScienceandIndustrialResearch)安娜·科尔图诺(Anna Koltunow)没有参与这项研究,但她说,这项研究标志着克隆杂交谷物的重要一步,这清楚地表明,水稻可以从有性模式重新设计成无性模式。

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