水稻育种突破可养活数十亿人

一个国际团队已经成功地通过种子以 95% 的效率将商业杂交水稻品系作为克隆繁殖。这可以降低杂交水稻种子的成本，使全世界的低收入农民都能获得高产、抗病的水稻品种。这项工作于 12 月 27 日发表在Nature Communications 上。

第一代农作物杂交种通常表现出比其亲本品系更高的性能，这种现象称为杂交优势。但是，如果杂交种一起繁殖第二代，这种情况就不会持续下去。因此，当农民想要使用高性能杂交植物品种时，他们需要每个季节购买新种子。

水稻是世界一半人口的主食作物，为了提高约 10% 的产量，将其培育成杂交品种的成本相对较高。加州大学戴维斯分校植物科学系名誉副教授 Gurdev Khush 说，这意味着杂交水稻的好处尚未惠及世界上许多农民。从 1967 年开始在国际水稻研究所工作，直到 2002 年退休到加州大学戴维斯分校，Khush 领导了培育新水稻高产水稻品种的努力，他为此获得了 1996 年世界粮食奖。

解决这个问题的一种方法是将杂交种作为克隆进行繁殖，这些克隆将一代又一代地保持相同而无需进一步育种。许多野生植物可以产生自身克隆的种子，这一过程称为无融合生殖。

“一旦你有了杂交种，如果你能诱导无性生殖，那么你就可以每年种植它，”Khush 说。

然而，将无融合生殖转移到主要作物植物已被证明是难以实现的。

克隆杂交种子的第一步

2019 年，加州大学戴维斯分校植物生物学和植物科学系的 Venkatesan Sundaresan 教授和助理教授 Imtiyaz Khanday 领导的团队在水稻植物中实现了无融合生殖，其中约 30% 的种子是无性系。

Sundaresan、Khanday 及其在法国、德国和加纳的同事现在已经使用商业杂交水稻品系实现了 95% 的克隆效率，并表明该过程可以持续至少三代。

单步过程涉及修改三个称为 MiMe 的基因，这些基因会导致植物从减数分裂(植物用来形成卵细胞的过程)转变为有丝分裂，在有丝分裂中，细胞分裂成自身的两个副本。另一种基因修饰诱导无性生殖。结果是一粒种子可以长成与其亲本基因相同的植物。

Khush 说，这种方法将使种子公司能够更快、更大规模地生产杂交种子，并提供农民可以保存并逐季补种的种子。

“30 多年来，农作物中的无性生殖一直是全球研究的目标，因为它可以使杂交种子生产变得对每个人都可行，”Sundaresan 说。“由此带来的产量增加可以帮助满足全球人口不断增长的需求，而不必将土地、水和肥料的使用增加到不可持续的水平。”

Sundaresan 说，该结果可以应用于其他粮食作物。特别是，水稻是 包括玉米和小麦在内的其他谷类作物的遗传模型，它们共同构成了世界的主要粮食。

Khush 回忆说，他在 1994 年组织了一次关于水稻育种无融合生殖的会议。当他在 2002 年回到加州大学戴维斯分校时，他将会议记录的副本交给了 Sundaresan。

“这是一个长期的项目，”他说。

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