BBM1基因在无减数分裂的卵细胞中表达,实现杂交水稻的无性繁殖-欢迎光临四川农业大学水稻研究所_

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BBM1基因在无减数分裂的卵细胞中表达,实现杂交水稻的无性繁殖
双击滚屏 【类别:sdyjs】 发布者:Web 发布时间:2018/12/13 阅读:次 【字体:

水稻,袁隆平和他的杂交稻,产量比最优秀的自交品种还要高出20%。袁隆平的成功堪称奇迹,为解决全球粮食短缺问题带来了重要的解决方案。而袁隆平本人,也被称为是“杂交水稻之父”。

杂交水稻虽然性状优良,但在育种和生产上,却不如普通水稻那么简便,这也是许多杂交作物的通病——在有性繁殖的过程中,带来高产量等优良特性的遗传物质,会出现分离。这样一来,杂交作物的后代,往往无法保持同样的优良性状。因此,生产杂交作物的农民们需要每年购买新的种子。

先前,科学家们发现大约有400种植物具有特殊的“无性繁殖”能力。它们无需受精,就能产生可繁育后代的种子。不考虑突变的前提下,通过这种繁殖方式产生的后代,遗传物质与亲本可谓如出一辙。如果这种繁殖方式也能利用在杂交水稻上,不就可以轻松维持杂交水稻的高产性状了吗?

来自加州大学戴维斯分校(UC Davis)的一支研究团队研究发现,在水稻发育过程中,有一个叫做“婴儿潮”(Baby Boom,缩写BBM)的基因家族。其中,有一个BBM1基因只在精子里表达。在精子与卵子结合之后,受精卵里的BBM1活性,也主要来自于精子的贡献。

科学家们敏锐地指出,BBM1有可能是启动胚胎发育的“开关”。为了测试这个想法,他们敲除了BBM1BBM2,以及BBM3基因,观察胚胎发育是否会有变化。果不其然,在几条BBM基因失去功能之后,水稻的胚胎发育也随之终止。

更重要的是,在这三重突变体里引入BBM1基因,可以重新启动胚胎发育过程。

在受精卵中,有着植物发育所需的完整基因组。只要提供BBM1基因,就能让受精卵变成胚胎,启动后续的发育过程。

充满创意的研究人员们利用基因编辑手段,去除了水稻的“减数分裂”能力。这样一来,它们产生的卵细胞只会经历“有丝分裂”,依旧带有所有的染色体。随后,研究人员们让这些卵细胞表达BBM1。正如他们所预期的那样,这些卵细胞无需受精,就可以变成胚胎。

这样做的好处在于,产生优良性状的遗传物质不会分离,因此性状较难丢失。

“我们有一个双倍体的卵细胞,它能形成胚胎,长成一个克隆体。”本研究的通讯作者Venkatesan Sundaresan教授说道。

这些克隆体,能否保持杂交水稻的优良性状呢?在一项实验中,研究人员们使用这种技术,培育了多代水稻。通过全基因组测序,以及随机SNP验证的方法,科学家们证实,这些后代都具有预期的遗传多样性,表明的确可以通过这一技术,对杂交水稻进行无性繁殖。

曾几何时,利用主要作物的种子进行无性繁殖,被认为是农业上的一大圣杯。如今,这一难关已被科学家们攻克。正如Sundaresan教授所言,这项工作“有望为农业带来变革”。据估计,到2050年,地球的总人口将接近100亿。为了填饱那么多人的肚子,我们期待未来能有更多重磅农业突破降临。


参考资料:

Imtiyaz Khanday, Debra Skinner, Bing Yang, Raphael Mercier & Venkatesan Sundaresan,A male-expressed rice embryogenic trigger redirected for asexual propagation through seeds,Nature (2018), Published: 12 December 2018 DOI: https://doi.org/10.1038/s41586-018-0785-8


 
 
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