中国农业科学院《Nature Biotechnology》利用CRISPR建立水稻无融合生殖体系

中国农业科学院，中国水稻研究所的研究人员利用基因编辑技术在杂交水稻中同时敲除了4个水稻生殖相关基因，建立了水稻无融合生殖体系，得到了杂交稻的克隆种子，实现了杂合基因型的固定。

　　

杂交水稻在生活力、抗逆性、适应性和产量等方面优于双亲的现象，对推动农业生产做出了重要贡献。数据显示，杂交水稻目前在我国的年种植面积超过2.4亿亩，占水稻总种植面积的57%，产量约占水稻总产的65%，每年可多养活7000万人口。

近日，来自中国农业科学院，中国水稻研究所的研究人员发表了题为“Clonal seeds from hybrid rice by simultaneous genome engineering of meiosis and fertilisation genes”的文章，利用基因编辑技术在杂交水稻中同时敲除了4个水稻生殖相关基因，建立了水稻无融合生殖体系，得到了杂交稻的克隆种子，实现了杂合基因型的固定。

这一研究成果公布在1月4日的Nature Biotechnology杂志上，文章的通讯作者为中国农业科学院王克剑研究员，第一作者为王春副研究员。

杂种优势广泛存在于动物和植物当中，对推动农业生产做出了重要贡献。但是由于遗传分离，杂交种子后代会发生性状分离，无法保持其杂种优势，因此育种家必须每年花费大量的人力、物力和财力进行制种工作，同时由于杂交种不能留种，使得农民每年必须购买新的种子。而无融合生殖是一种通过种子进行无性繁殖的生殖方式，可以随着世代更迭而不改变杂交品种的杂合基因型，使得杂交后代不发生性状分离，从而实现杂种优势的固定。

在这篇文章中，研究人员通过筛选，将籼粳杂交稻品种春优84（浙审稻2013020，吴明国、林建荣等培育）选为水稻无融合生殖研究的模式品种。他们利用CRISPR/Cas9基因编辑技术在春优84中同时敲除 PAIR1、REC8、OSD1 和 MTL 四个内源基因，获得了可以发生无融合生殖的Fix（Fixation of hybrids）材料。Fix 植株在营养生长阶段表现正常，但育性也明显下降。通过细胞倍性检测，在其子代中获得了细胞倍性为二倍体且基因型与亲本完全一致的植株，这些F2代植株的表型也与其F1代杂交稻高度相似。

由此证明，通过基因编辑技术同时编辑四个基因，就可将无融合生殖特性引入到杂交稻当中，从而实现杂合基因型的固定。

“科学家们长期认为，无融合生殖能够解决这个难题。无融合生殖是一种通过种子进行无性繁殖的生殖方式，可以随着世代更迭而不改变杂交品种的杂合基因型，从而实现杂种优势的固定，这有望给农业生产带来一次新的革命。”王克剑说。

原文标题：

Clonal seeds from hybrid rice by simultaneous genome engineering of meiosis and fertilisation genes

https://www.nature.com/articles/s41587-018-0003-0