一个国际研究小组在通过种子克隆繁殖商业杂交水稻品种方面取得了95%的成功率。这一突破可能会降低杂交水稻种子成本,使全世界资源有限的农民获得高产抗病的水稻品系。这些发现最近发表在自然交流杂志上。
通过这种新方法,种子公司可以快速、广泛地生产杂交种子,为农户提供可保存的种子,用于不同季节的栽培。
由第一代杂交种生产的作物与它们的亲本品系相比表现出比通常更好的性能,这被称为“杂交活力”。但是,在杂交种培育到第二代的情况下,该改良不会继续。因此,希望使用高性能杂交植物品种的农民,每个季节都要购买新的种子。
水稻是世界人口一半的主食作物,将其培育成杂交品种成本较高,产量增长约10%。加州大学戴维斯分校植物科学系名誉兼任教授Gurdev Khush说,这意味着水稻杂交种的好处并没有惠及全球大多数农民。1967年开始在国际水稻研究所工作,直到2002年从加州大学戴维斯分校退休,库什一直指导创造新的水稻高产品种的工作,1996年获得世界粮食奖.
Imtiyaz Khanday和Venkatesan Sunderesan在加州大学戴维斯分校的温室里与克隆稻植物合影。他们的工作为Apomixis(无融合生殖)带来了划时代的进展,使杂交稻品种作为克隆种子繁殖。
解决这一问题的一种方法是将杂交品种作为克隆进行繁殖,不需要进一步的繁殖而一代又一代地保持一致。许多野生植物都可以制作自己克隆的种子,这个过程被称为apomixis。
Khush说:“杂交种建成后,如果能诱导Apomixis,每年都可以种植。”。但事实证明,将Apomixis转移到主要作物植物上是困难的。
2019年,由加州大学戴维斯分校植物生物学系和植物科学系教授Venkatesan Sundarsan和助理教授Imtiyaz Khanday领导的团队在水稻植物中实现了Apomixis,其中约30%的种子被克隆。
Sunderesan、Khanday、法国、德国和加纳的同事们使用商业化的杂交稻系,现在已经实现了95%的克隆效率,这一过程至少会持续三代。
这一单步过程包括修改三个称为MiMe的基因,这三个基因将植物从减数分裂(植物形成卵细胞的过程)切换到有丝分裂(一个细胞分裂成自身的两个拷贝)。另一个基因的改变诱导了Apomixis。结果,种子可以生长成与亲本基因相同的植物。
Khush说,这种方法使得种子公司能够更快、更大规模地生产杂交种子,为农民提供可保存的种子,并在不同的季节重新种植。
Sunderesan说“30多年来,作物植物中的Apomixis一直是全世界研究的目标,因为它可以促进杂交种子的生产。由此带来的产量增长将有助于满足全世界人口的需求,而无需将土地、水和肥料的使用增加到不可持续的水平。”。
Sunderesan说,这些结果可以应用于其他粮食作物。特别是,水稻是其他谷类作物的遗传模型,包括玉米和小麦,这些作物共同构成了全球的主要主食。
Khush回忆说,1994年他组织了一个关于水稻育种的Apomixis会议。2002年回到加州大学戴维斯分校时,把会议记录的复印件交给Sunderesan确实是一个漫长的项目。