PBJ | 中国水稻研究所王克剑团队发掘内源新基因，为一系杂交稻研发开辟新路径|中国水稻研究所|克隆|单倍体|王克剑

杂交水稻具备高产、抗逆性强等优点，为保障我国粮食安全发挥了重要作用。然而，杂交后代无法留种再用，因此必须每年重新制种。这一过程依赖不育系和恢复系的精准匹配，技术复杂、环节繁琐，且易受不良气候影响，不仅增加了生产风险，也显著提高了种子成本。目前，杂交稻种的生产成本通常达到常规稻种的10-20倍，高昂的种子价格既增加了农民负担，也影响了种植积极性，进而制约了杂交水稻的进一步推广。据统计，我国杂交水稻种植面积占比已从高峰期的近70%下降至目前的50%左右；同时，海外杂交水稻种植面积占比仍不足5%，其巨大的增产潜力尚未充分发挥。

针对“杂交水稻无法留种”这一世界性难题，袁隆平院士于1987年提出“从三系法到两系法，最终到一系法”的战略构想。其中，“一系法”旨在通过无融合生殖技术固定杂种优势，实现“一次杂交，代代可用”，被视为杂交水稻育种的终极目标，吸引着全球科研力量的持续探索。

近日，中国水稻研究所水稻生物育种全国重点实验室王克剑团队在Plant Biotechnology Journal上发表题为

Harnessing Endogenous Homeobox Genes for Synthetic Apomixis in Hybrid Rice

的研究论文。该研究在水稻中鉴定到两个具有自主知识产权的内源同源框基因，系统解析了其诱导无融合生殖、固定杂种优势的能力，为“一系杂交稻”育种提供了新的基因资源与技术路径。

同源框基因作为转录因子，能够决定从简单到复杂生物的细胞、组织和器官的发育命运。例如，在酵母中，同源框蛋白通过调控抑制因子活性，充当单倍体向二倍体细胞类型转变的分子开关。在果蝇中，将触角形成基因的编码序列与可诱导启动子融合后导入生殖细胞系，能够诱导果蝇头部增殖生长触角结构。BEL同源框蛋白作为植物同源框蛋白家族的亚类之一，在生殖组织和器官的发育起始与维持过程中扮演着核心角色。

为探究水稻内源BEL同源框基因的靶向利用能否诱导无融合生殖，研究团队首先通过PlantTFDB数据库鉴定出13个水稻BEL同源框基因。结合转录组数据和qRT-PCR实验，筛选出两个在生长发育中具有关键功能的基因BEL-LIKE 1 (BEL1)和BEL-LIKE 2 (BEL2)，这两个基因在营养组织中表达较高，BEL同源框结构域进化保守。将BEL1和BEL2基因的编码序列分别与卵细胞特异表达启动子DD45结合，构建异位过表达体系EE-BEL1和EE-BEL2。子代倍性和基因型的检测表明，卵细胞中增强表达BEL1或BEL2基因能够诱导产生单倍体。

图1 卵细胞增强表达BEL1或BEL2诱导产生单倍体

为进一步评估BEL1和BEL2在无融合生殖体系的应用潜力，研究团队将卵细胞增强BEL1/BEL2表达与产生克隆配子的MiMe结合，在杂交稻中创制Fix6.1和Fix6.2无融合生殖体系。这些植株的株型、穗型和结实率等性状与野生型均无显著差异，且在T0和T1代保持正常生长、正常结实和稳定的克隆效率，克隆种子诱导率最高可达6.3%。本研究深化了对BEL同源框基因功能的认识，同时也为“一系杂交稻”研究提供了新的技术策略。