我所合作研究创制水稻高效单倍体诱导系并实现两系不育系单倍体的大规模生产
近日，我所王克剑团队与钱前院士团队、江西省农科院严松团队合作，在植物学知名期刊Plant Communications杂志在线发表了题为“Large-scale production of rice haploids by combining superior haploid inducer with PTGMS lines”的文章。该研究成功开发出诱导效率达12.4%的水稻单倍体诱导系，并将其应用于水稻两系不育系的培育中，实现了双单倍体技术在水稻育种中的规模化应用。
双单倍体技术能够在1~2代之间迅速产生遗传完全纯合的株系，相较于传统育种需要6-10个世代的自交或回交，大大缩短了育种时间。玉米是最成功应用双单倍体技术的作物之一，这主要得益于单倍体诱导系Stock6的发现。该基因在谷物中高度保守，在水稻中敲除同源基因可以诱导产生单倍体，为双单倍体技术在水稻中应用提供了广阔的前景。然而目前获得的不同背景单倍体诱导系诱导效率均较低, 例如籼稻93-11为3.57%，籼稻明恢63为2.65%，粳稻日本晴为1.26%，杂交稻春优84为3.63%，限制了该技术在水稻育种中应用。
为创制水稻高效单倍体诱导系，该研究将前期创制的单倍体诱导系“春优84Osmatl”与包括12个栽培品种、7个地方品种和1个野生稻在内的20个种质资源进行了杂交。在F2代中，通过基因型鉴定筛选出具有不同遗传背景的纯合Osmatl突变株系（剔除了外源成分），并采用单株传法繁殖后代，最终获得112个具有多样化遗传背景的单倍体诱导系（即Osmatl突变株系）。经过诱导率鉴定发现，大部分诱导系的单倍体诱导率较低，在0.7%至4.4%之间。令人兴奋的是，在春优84Osmatl与地方品种菜园种的10个杂交后代中，有4个株系单倍体诱导率达到了11.8~15.1%，且‘高效诱导’性状稳定遗传。又综合考察了主要农艺性状，从4个株系选择了1个株高偏高，结实率相对较高的株系，命名为HI285，用于后续应用研究。
利用高效诱导系HI285规模化生产水稻PTGMS单倍体
双单倍体技术在水稻育种中的应用包括杂交诱导单倍体、筛选鉴别单倍体以及单倍体加倍等关键环节。由于水稻是自花授粉植物，在杂交诱导单倍体环节中，其‘自花’性状成为一个重要障碍，严重限制了双单倍体技术在水稻中的规模化应用。同时，培育两系不育系对于开发两系杂交稻新品种具有重要作用。为了快速培育新的两系不育系材料，根据两系不育系特点，在低温条件下进行不同两系不育系之间的杂交，获得杂合两系不育系；而在高温条件下，将高效单倍体诱导系HI285与杂合两系不育系进行杂交制种。通过实践验证，本研究成功获得大量发生不同重组的水稻两系不育系单倍体材料，这为双单倍体技术在水稻育种中规模化应用提供了一个成功的案例。
该研究得到了国家自然科学基金、中国农业科学院青年创新专项等项目的支持。我所刘朝雷副研究员、江西省农科院严松研究员为论文共同第一作者，我所王克剑研究员和钱前院士为论文通讯作者。
原文链接：
https://www.cell.com/plant-communications/fulltext/S2590-3462(24)00421-8