亚洲与非洲水稻种间杂交二倍体可育性的突破：四倍体化与倍性还原的协同作用

本研究通过四倍体化及后续二倍体诱导技术，成功培育出亚洲栽培稻(Oryza sativa)与非洲栽培稻(O. glaberrima)间基因组平衡的可育二倍体杂交种。研究人员利用花药培养技术克服了由15个杂种不育基因(HS loci)导致的配子体不育障碍，获得22个双单倍体(DH)株系，其中9株花粉育性超60%。该研究为整合两种水稻的优良性状提供了新策略，显著提高了非洲稻基因组在杂交后代中的保留比例。

　　

水稻作为全球最重要的粮食作物之一，种质资源的创新利用始终是育种研究的核心。亚洲栽培稻(Oryza sativa)与非洲栽培稻(O. glaberrima)的种间杂交虽能实现，但F₁代因杂种不育基因(HS loci)导致的配子体不育成为难以逾越的障碍。这些基因在杂合状态下通过杀手-保护者(KP)机制引发花粉败育，传统回交育种虽能部分保留非洲稻的有益性状，但基因组保留比例不足10%，难以继承其杂草竞争力和低肥适应等复杂性状。

日本国际农林水产业研究中心与北海道大学的研究团队另辟蹊径，通过四倍体中间体策略破解了这一难题。研究发现四倍体状态能显著减轻S1等HS基因的育性抑制效应，通过花药培养从四倍体杂交F₂代获得134株部分基因组固定的二倍体(AC₁群体)，进而二次花药培养成功培育出22个双单倍体(DH₁群体)。全基因组分析显示这些材料平均保留38%非洲稻基因组，远超传统回交系1.3-9.8%的水平。

关键技术包括：1) 四倍体亲本杂交获得可育F₁代；2) 流式细胞术倍性鉴定；3) 两步花药培养体系；4) GRAS-Di全基因组分型技术；5) 基于I₂-KI染色的花粉育性评估。

Fertile interspecific diploid hybrids
通过比较二倍体F₁(0%花粉育性)与四倍体F₁的育性差异，验证了四倍体对KP机制相关HS基因(S1/S21等)的抑制作用。AC₁群体中携带3个杂合HS位点的个体平均育性达8.9%，证实部分基因组固定可恢复育性。

Anther culture of the AC1 population
AC₁群体花药培养获得102株再生植株，经倍性筛选得到65株二倍体，其中34株经24个分子标记验证为纯合DH植株。值得注意的是，花粉育性>60%的AC₁个体其愈伤诱导频率(R=0.66)显著提升，揭示育性恢复与组织培养效率的关联。

Pollen and seed fertility
DH₁群体中9株花粉育性超60%，DH#129/133/155等3株达80%以上，自交结实率最高82.4%。但DH#132等3株因同时缺失HWS1/HWS2功能基因仍表现不育，证实除HS基因外，杂交弱化基因系统也是育性调控的关键因素。

Genomic composition
全基因组分析显示DH材料在S1(第6染色体)等HS位点固定为纯合状态，且非洲稻基因组占比19-53%。染色体水平分析发现S2/S29(t)/S58等位点偏向亚洲稻，而S19/S20偏向非洲稻的传递扭曲现象。

Phenotypic evaluation
DH₂代群体在株高(43.5-73.7 cm)、千粒重(17.0-35.3 g)等性状呈现显著变异，其中DH#94/130/133的收获指数(HI)显著高于非洲稻亲本，证明平衡杂交种可整合双亲优良性状。

该研究建立了"四倍体桥梁-两步花药培养"的技术范式，首次获得基因组平衡的种间可育杂交种。其重要意义在于：1) 突破了HS基因的育性屏障；2) 非洲稻基因组保留比例提升5倍；3) 为复杂数量性状的转移提供新途径。这些DH材料可作为"永久F₂"群体用于基因定位，也为水稻种间杂交育种提供了理论和技术框架。研究结果发表于《Theoretical and Applied Genetics》，为远缘杂交育种提供了普适性解决方案。