水稻基因组编辑及无融合生殖研究创新团队发掘内源新基因开辟一系杂交稻研发新路径
近日，中国水稻研究所水稻基因组编辑及无融合生殖研究创新团队在Plant Biotechnology Journal上发表题为“Harnessing endogenous homeobox genes for synthetic apomixis in hybrid rice”的研究论文。该研究在水稻中鉴定到两个具有自主知识产权的内源同源框基因，系统解析了其诱导无融合生殖、固定杂种优势的能力，为一系杂交稻育种提供了新的基因资源与技术路径。
同源框基因作为转录因子，能够决定从简单到复杂生物的细胞、组织和器官的发育命运。BEL同源框蛋白作为植物同源框蛋白家族的亚类之一，在生殖组织和器官的发育起始与维持过程中扮演着核心角色。
为探究水稻内源BEL同源框基因的靶向利用能否诱导无融合生殖，研究团队首先通过PlantTFDB数据库鉴定出13个水稻BEL同源框基因。结合转录组数据和qRT-PCR实验，筛选出两个在生长发育中具有关键功能的基因BEL-LIKE 1 (BEL1)和BEL-LIKE 2 (BEL2)，这两个基因在营养组织中表达较高，BEL同源框结构域进化保守。将BEL1和BEL2基因的编码序列分别与卵细胞特异性表达启动子DD45结合，构建异位过表达体系EE-BEL1和EE-BEL2。子代倍性和基因型的检测表明，卵细胞中增强表达BEL1或BEL2基因能够诱导产生单倍体。
图1 卵细胞增强表达BEL1或BEL2诱导产生单倍体
为进一步评估BEL1和BEL2在无融合生殖体系的应用潜力，研究团队将卵细胞增强BEL1/BEL2表达与产生克隆配子的MiMe结合，在杂交稻中创制Fix6.1和Fix6.2无融合生殖体系。这些植株的株型、穗型和结实率等性状与野生型均无显著差异，且在T0和T1代保持正常生长、正常结实和稳定的克隆效率，克隆种子诱导率最高可达6.3%。本研究深化了对BEL同源框基因功能的认识，同时也为一系杂交稻研究提供了新的技术策略。
图2 建立正常生长、正常结实和稳定克隆效率的无融合生殖体系
该研究得到国家自然科学基金、国家重点研发计划、中央公益性科研机构基础研究基金和博士后创新人才支持计划等项目的资助。水稻所尉鑫博士后为论文第一作者，王克剑研究员为通讯作者。
原文链接：
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/pbi.70406