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为解决利用 CENH3 操纵开发高效单倍体诱导剂时平衡单倍体诱导效率和植物健康的难题，研究人员开展拟南芥中微调 CENH3 功能诱导单倍体的研究，发现启动子选择很关键，该成果为优化作物单倍体诱导提供框架。
在植物育种的广阔天地里，单倍体诱导技术就像是一把神奇的钥匙，能大大简化和加速经典（如双单倍体技术，DH）和现代（如 Hi - Edit、细胞质雄性不育系转换，CMS swap）的育种进程。通过与诱导剂杂交来诱导单倍体，让育种家们看到了提高育种效率的希望之光。而在这其中，操纵着丝粒特异性组蛋白 H3（CENH3）成为了开发高效单倍体诱导剂的一条极具潜力的途径。CENH3 可是染色体精确分离的关键蛋白，就如同火车运行时的道岔，精准地引导着染色体各归其位。
然而，这条看似充满希望的道路却布满了荆棘。操纵 CENH3 就像是在走钢丝，一方面它能干扰胚胎中诱导剂的染色体分离，从而诱导出单倍体；但另一方面，却又可能损害细胞和发育过程，导致植物出现严重缺陷。比如，曾经用 p35S 驱动的 RNA 干扰（RNAi）技术粗暴地敲低 CENH3 时，即便在 30℃的环境下，不仅没有成功诱导出单倍体，植物还出现了发育异常的情况。这就像是一场艰难的平衡游戏，如何在单倍体诱导效率和植物健康之间找到那个完美的平衡点，成为了摆在科学家面前的一道亟待解决的难题。
为了攻克这一难题，海南大学三亚育种繁殖研究所和热带农林学院的研究人员挺身而出。他们深入钻研，开展了一项关于在拟南芥（Arabidopsis thaliana）中通过微调 CENH3 功能来高效诱导单倍体的研究。最终，他们取得了一系列令人瞩目的成果，这些成果发表在了《Plant Communications》上，为植物单倍体诱导领域开辟了新的方向。
在研究过程中，研究人员主要运用了以下几种关键技术方法：一是利用基于 miRNA 诱导基因沉默（MIGS）技术，构建了相关质粒并转化到拟南芥中；二是运用流式细胞术，对植株后代的倍性进行精准测量；三是采用 Alexander 染色法，来观察花粉的活力情况 。
下面来详细看看他们的研究结果：
- 选择合适启动子敲低 CENH3 的效果：研究人员选用 RPS5a 启动子驱动的 MIGS 技术来敲低拟南芥（Col - 0）中 CENH3 的表达。与 35S 启动子不同，RPS5a 启动子活性较弱，但它在分裂细胞、配子体和早期胚胎中都很活跃。令人欣喜的是，pRPS5a::MIGS 转基因植株的营养生长和生殖生长基本正常，花粉活力也没有受到明显影响。这表明，选择合适的启动子敲低 CENH3，有可能在不影响植物其他性状的前提下，实现单倍体诱导。
- 温度对单倍体诱导率（HIR）的影响：研究人员将 T2 代杂合转基因株系与 gl1（Ler 背景，一种纯合无毛突变体）进行杂交，以此来评估单倍体诱导能力。通过观察不育的角果、窄叶、小花和无毛等特征，并结合流式细胞术确认单倍体。结果发现，在 22℃时，转基因株系 pRPS5a::MIGS #1 的单倍体诱导率仅为 0.2% 。考虑到 CENH3 介导的单倍体诱导具有温度敏感性，研究人员又在 25℃和 30℃进行评估。结果显示，所有株系在 25℃时，单倍体诱导率显著提高到 0.2% - 3.4%；在 30℃时，更是达到了 6.1% - 14.2%。不过，随着温度升高，种子败育率也有所上升。这说明，温度在 CENH3 介导的单倍体诱导过程中起着至关重要的作用，适当提高温度有助于提高单倍体诱导率，但也会带来一些负面影响。
- 叠加效应的研究：研究人员将 pRPS5a::MIGS 构建体导入到一个中度单倍体诱导剂 GFP - CENH3（null cenh3 - 1 突变体通过 GFP - CENH3 融合构建体挽救）中。惊喜地发现，与单独的 GFP - CENH3 相比，杂合 pRPS5a::MIGS 与 GFP - CENH3 叠加后，单倍体诱导率提高了 1.31 - 1.97 倍。而且，无论是 T2 代还是 T3 代，在 GFP - CENH3 背景下，纯合转基因的单倍体诱导率相比杂合 pRPS5a::MIGS 又提高了一倍，在 22℃时最终单倍体诱导率达到了 66.7%，同时还能保持植物的健康、育性和花粉活力。这一结果表明，适度操纵 CENH3 并进行叠加，能够显著提高单倍体诱导率，并且这种效应在不同世代中都能稳定存在，还暗示了 pRPS5a::MIGS 在配子体中发挥了重要作用。
- 尝试使用更特异性启动子的结果：研究人员进一步推测，使用更特异性的启动子直接在配子体中局部敲低 CENH3 功能，或许能创造出高效诱导剂且不影响其他表型。于是，他们尝试使用卵或精子特异性启动子（EC1.2、EC1.3、HTR10）来敲低 CENH3 功能，但遗憾的是，即便在 30℃的条件下，也未能获得单倍体。研究人员推测，可能是这些靶向细胞中 CENH3 的沉默程度没有达到单倍体诱导所需的阈值。这也为后续研究指明了方向，即需要寻找更强且更特异性的启动子，来创造出副作用更小、效率更高的单倍体诱导剂。
综合以上研究，研究人员得出结论：启动子的选择对于平衡单倍体诱导能力和植物健康起着关键作用；基于直接敲低 CENH3 表达的单倍体诱导剂和其他 CENH3 介导的诱导剂一样，具有温度敏感性；叠加多种适度的 CENH3 操纵并优化温度条件，是一种在不损害诱导剂活力的前提下诱导单倍体的有效策略。这些研究成果意义重大，为进一步在不同作物物种中优化单倍体诱导技术提供了一个极具前景和适应性的框架。它就像一座灯塔，为后续的植物育种研究照亮了前行的道路，有望推动植物育种领域取得更加辉煌的成果，培育出更多优良的作物品种，为农业生产带来新的变革。
