吉林省农科院等联合开发全新一代玉米单倍体育种系统

学术 2024-11-15 07:28 上海

来源：PBJ

2024年11月11日，吉林省农业科学院刘相国研究团队联合未米生物科技有限公司在国际权威期刊（Plant Biotechnology Journal）（中科院1区，五年影响因子11.6）在线发表了题为“Powerful combination: a genome editing system to improve efficiency of breeding inducer and haploid sorting in maize”的研究论文，报道了全新一代玉米单倍体育种系统。（http://doi.org/10.1111/pbi.14515）

单倍体育种技术能够快速创制稳定纯合自交系，显著缩短育种周期且提高育种效率，受到育种家广泛应用。传统玉米单倍体诱导系选育过程繁琐且耗时严重，制约诱导系新种质创新。虽然单倍体诱导基因克隆和基因编辑技术快速发展为诱导系的高效创制提供了新思路，但由于缺乏良好的单倍体分选标记，且需要多次转基因操作，限制了单倍体育种技术的应用。

在该项研究中，科研人员采用愈伤组织特异性基因编辑的研究策略，整合不依赖于基因型的遗传转化技术、单倍体基因编辑技术、裸眼可视化荧光分选技术和自动化智能化分选技术，开发了全新一代的玉米单倍体育种系统。利用玉米愈伤组织中特异性表达的启动子pOsBBM1驱动Cas9表达，定向编辑诱导基因ZmPLA1和ZmDMP，同时引入胚特异性表达的裸眼可视荧光标记MoDsRed。由于Cas9只在愈伤组织中特异性表达，创制的诱导系不会对单倍体后代继续编辑，因此科研人员只需通过一次不依赖于基因型的遗传转化就可以快速培育出骨干自交系背景的单倍体诱导系。荧光标记分选测试结果表明：借助手持激发光源可以实现籽粒单倍体早期高效分选，分选准确率达到100%。相比传统诱导技术无法在热带圆粒玉米、彩色糯玉米等应用，新系统具有更加丰富的应用场景。此外，研究人员还进一步测试了新一代单倍体育种系统在成都瀚辰光翼研发的高通量自动单倍体籽粒分选设备上的应用效果，结果表明：基于计算机视觉系统开发的设备可实现高通量自动化分选，达到2万粒/小时，荧光激发光分拣单倍体正确识别率达到99.7%以上。

值得关注的是，该项研究成果联合了国内多家单位，融合了基因编辑、图像识别、智慧制造、荧光分选、双单倍体诱导等多项交叉学科技术，实现了的农业“卡脖子难题”跨学科联合攻关。未来，多方将在基因编辑技术创新领域继续合作研发，助力作物生物育种产业化。

吉林省农科院生物所刘相国研究员、未米生物许洁婷博士为本文的共同通讯作者。吉林省农科院与吉林农业大学联合培养研究生夏涵超博士、崖州湾国家实验室曲彦志博士、吉林省农科院生物所尹悦佳副研究员为论文共同第一作者。吉林省农科院生物所张闯副研究员、陈子奇，玉米所王薪琪副研究员，吉林农业大学赵仁贵教授、张迪，成都瀚辰光翼蒋淑容工程师参与了本项研究。研究得到了国家自然基金区域联合项目（U23A20186）、面上项目（32171928）、吉林省科技发展计划人才专项（20240602032RC）、常州市现代农业科技创新中心建设项目（CAIC（2024）003）的共同资助。

图新一代的玉米单倍体育种系统

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