编辑推荐：
为解决多倍体水稻低结实率瓶颈问题，研究人员对多倍体减数分裂稳定（PMeS）系与非 PMeS 系开展农艺性状、花粉育性及减数分裂行为分析，并进行转录组对比。发现 PMeS 系减数分裂稳定、结实率高，鉴定出 OsMSH4 等关键基因，为多倍体水稻育种提供理论依据。
水稻是全球重要粮食作物，随着人口增长，提高产量成为迫切需求。多倍体水稻因具有高产、营养丰富等潜力，被视为重要育种方向，但长期受限于低结实率问题。低结实率的核心原因在于减数分裂过程中染色体配对异常，如单价体、多价体形成及染色体滞后，导致配子不育。因此，解析减数分裂稳定（PMeS）机制对突破多倍体水稻应用瓶颈至关重要。
湖北大学生命科学学院的研究人员针对这一问题，以 PMeS 系 HN2026-4x 和非 PMeS 系 9311-4x 为材料，开展了农艺性状、花粉育性、减数分裂行为观察及转录组分析，相关成果发表在《BMC Plant Biology》。
研究采用的关键技术包括：① 减数分裂染色体观察，通过卡诺固定液固定、酶解制片及苯酚品红染色，在光学显微镜下记录染色体配对和滞后情况；② 花粉育性检测，利用碘 - 碘化钾（I?-KI）染色和荧光素二乙酸（FDA）染色分别评估花粉可育率和活力；③ 转录组测序，提取减数分裂期花药 RNA，构建 cDNA 文库并进行 Illumina 测序，筛选差异表达基因（DEGs）；④ 实时定量 PCR（qRT-PCR）验证，对关键基因表达水平进行定量分析。
研究结果
农艺性状差异
PMeS 系 HN2026-4x 的结实率（83.73%）显著高于非 PMeS 系（32.15%），有效穗数、每穗总粒数和实粒数也更高，但千粒重较低。这表明结实率是区分两类材料的核心指标。
减数分裂行为差异
在减数分裂前期 I，HN2026-4x 以二价体配对为主（16.42 个 / 细胞），单价体和多价体极少；而 9311-4x 染色体配对紊乱，二价体频率低，单价体、多价体较多。后期 I 中，PMeS 系滞后染色体数（1.40 个 / 细胞）和含滞后染色体的细胞比例（10.71%）显著低于非 PMeS 系（2.36 个 / 细胞，38.89%）。说明 PMeS 系减数分裂更稳定，染色体分离更有序。
花粉育性与活力
HN2026-4x 的可育花粉率（82.93%）和活力（80.63%）均显著高于 9311-4x（75.07%，58.69%），进一步证实减数分裂稳定性与花粉育性呈正相关。
转录组分析与关键基因筛选
通过转录组对比，鉴定出 1441 个 DEGs，其中 864 个在 PMeS 系中上调。GO 和 COG 功能注释显示，差异基因富集于 “减数分裂重组”“染色体分离” 等生物学过程。结合功能分析和表达差异，筛选出 3 个关键基因：Os07g0486000（OsMSH4，参与减数分裂错配修复和交叉形成）、Os11g0615800（OsRAD51A1，同源重组关键蛋白）和 Os09g0506800（PAIR2，同源染色体联会必需基因）。qRT-PCR 验证显示，这些基因在 PMeS 系中的表达量显著高于非 PMeS 系，与转录组数据一致。
结论与意义
本研究从形态学、细胞学和分子水平揭示了 PMeS 系与非 PMeS 系的差异，证实减数分裂稳定性是决定四倍体水稻结实率的关键因素，并鉴定出 OsMSH4、OsRAD51A1 和 PAIR2 等调控减数分裂的核心基因。这些发现为解析多倍体水稻结实率调控机制提供了新视角，也为通过分子育种手段改良多倍体水稻奠定了基础。未来对这些基因的功能研究将进一步推动多倍体水稻在高产育种中的应用，有望为粮食安全提供新的技术路径。
