王克剑团队与钱前院士团队合作建立仅依赖基因编辑的正常结实率无融合生殖体系
近日，中国水稻研究所水稻生物育种全国重点实验室王克剑团队与钱前院士团队合作在 Science Bulletin 上发表了题为“ OsPLDα2 -dependent synthetic apomixis enables normal seed setting in hybrid rice via genome editing”的研究论文。该研究鉴定了一个新的水稻单倍体诱导基因 OsPLDα2 ，并利用该基因成功创建了仅依赖基因编辑的正常结实率杂交水稻无融合生殖体系。
杂交水稻的培育和生产对保障我国粮食安全具有至关重要的作用。人工合成无融合生殖可以固定杂种优势，有望彻底解决杂交水稻无法留种的世纪难题，带来新一轮农业绿色革命。在前期研究中，研究团队构建的无融合生殖体系 Fix2 和 Fix3 植株都实现了正常结实率，但相关体系都依赖于基因编辑和异位表达元件的转化，目前尚未建立仅依赖基因编辑的正常结实率无融合生殖体系。
研究人员鉴定了水稻中磷脂酶D家族基因OsPLDα2 ，发现该基因在成熟花粉中特异性高表达，其编码蛋白主要定位在花粉胞质及花粉管中。利用CRISPR/Cas9技术在杂交水稻中对OsPLDα2 基因进行敲除后，Ospldα2 突变体在营养期生长正常，成熟期表现为高结实，自交子代能够诱导产生单倍体。进一步地，利用CRISPR/Cas9技术在杂交水稻中同时突变了 MiMe 相关基因以及OsPLDα2 ，构建了 Fix4 杂交水稻无融合生殖体系。 Fix4 植株生长正常，T0代和T1代能够稳定诱导产生克隆种子。值得注意的是， Fix4 体系的结实率与野生型相比完全正常。将克隆种子继续种植，同样保持了正常的结实率。
图1 利用CRISPR/Cas9在杂交水稻中创建Fix4无融合生殖体系
综上所述，该研究证明了仅通过基因编辑技术敲除水稻内源基因，可创建结实率完全正常的无融合生殖体系，为加速杂交水稻无融合生殖技术的生产应用提供理论支撑与创新方案。
图2 杂交水稻在传统有性生殖和Fix4无融合生殖中的对比模式图
该研究获得了国家自然科学基金、国家水稻产业体系专项基金、中国农科院科技创新工程等项目支持。水稻所胡风越博士、刘朝雷副研究员为论文共同第一作者，王克剑研究员、钱前院士为论文共同通讯作者。浙江师范大学饶玉春教授对本研究提供了重要指导。
原文链接：
https://doi.org/10.1016/j.scib.2025.05.022