全球主要杂交水稻种植区每年都要重复一遍繁琐的人工制种流程,而一粒能在自交后稳定产出高产种子的杂交稻,始终是育种家们追求的“圣杯”。7月21日,中国水稻研究所王克剑研究员团队在《生命》期刊上发表的一项成果,首次将这条技术路线的克隆效率推至稳定近100%,让“一次制种,代代可用”迈过了最后一道关键门槛。
当前大面积应用的三系法和两系法杂交水稻,由于后代遗传分离,无法留种再用,每年必须依赖雄性不育系与恢复系重新进行人工制种。王克剑解释说,一系法的核心目标,是通过无融合生殖让杂交作物自我繁殖产生克隆种子,从而固定杂种优势,实现“一次杂交,代代可用”——理论上,仅需获得一粒杂交种子,即可实现杂交水稻的持续利用,无需每年重新制种。
团队经过数年攻关,从水稻中挖掘出一个内源基因,并命名为“华胥”。研究表明,在杂交水稻卵细胞中异位表达华胥基因,能高效诱导孤雌生殖、产生单倍体后代。进一步与克隆配子策略相结合后,多个无融合生殖株系均实现接近100%的克隆效率——在多个杂交稻品种、不同世代、不同种植群体和田间大群体条件下,克隆效率仍稳定维持在99%以上,同时产量保持正常水平。
值得留意的是,克隆效率这一指标直接关系到种子的纯度。人工诱导的无融合生殖过程中,所结种子中基因型与母本完全一致的克隆种子所占百分比,越低则意味着“固定杂种优势”的可控性越差。此次团队通过华胥基因的精准调控,不仅克服了过往无融合生殖体系中克隆效率不稳定的难题,还确保了结实正常,为商业化应用铺平了道路。
王克剑表示,该成果破解了作物育种领域公认的世界难题——让杂交稻通过种子永久固定杂种优势,有望从根本上改变杂交稻依赖年年制种的传统模式,为全球粮食安全提供新的技术支撑。从“从1到100”的跨越到未来田间地头的持续应用,一系法杂交水稻正在改写水稻生产的基本剧本。
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