科研人員首次建立番茄單倍體誘導系統 現番茄單倍體精準鑒別

番茄是我國也是世界上最重要的蔬菜作物之一，全球年總產(chǎn)量近2億噸。目前在生產(chǎn)上使用的番茄品種主要是雜交種，因此親本純系的創(chuàng )制是其育種的關(guān)鍵步驟。傳統方法獲得番茄純系一般需要多代自交，周期長(cháng)、效率低，而單倍體育種只需通過(guò)單倍體生產(chǎn)和加倍兩個(gè)世代即可實(shí)現純系創(chuàng )制，大大加快了育種進(jìn)程，是純系快速創(chuàng )制的“高鐵”技術(shù)和選育優(yōu)良品種的加速器。

盡管科學(xué)家們一直試圖在番茄等雙子葉作物上建立單倍體快速育種技術(shù)體系，但迄今仍未取得突破。中國農業(yè)大學(xué)陳紹江教授團隊經(jīng)過(guò)長(cháng)期研究，已建立起以誘導基因為基礎的玉米單倍體育種高效技術(shù)體系并成功大規模應用于育種實(shí)踐。如將該技術(shù)拓展至尚無(wú)有效途徑獲得單倍體的番茄等作物，將有助于創(chuàng )建跨物種的通用單倍體快速育種技術(shù)。

近日，中國農業(yè)大學(xué)領(lǐng)銜的國內外單倍體育種技術(shù)研究團隊在植物領(lǐng)域知名期刊《Plant Biotechnology Journal》上發(fā)表了“In vivo maternal haploid induction in tomato”的研究成果，首次建立了番茄單倍體誘導系統，為創(chuàng )建單雙子葉作物通用的跨物種單倍體快速育種技術(shù)體系奠定了基礎。

研究團隊在克隆玉米單倍體關(guān)鍵誘導基因ZmDMP的基礎上，通過(guò)序列比對，發(fā)現ZmDMP在番茄中存在1個(gè)同源基因。實(shí)驗結果表明，敲除該基因后的番茄材料在產(chǎn)生敗育種子的同時(shí)，可以在雜交和自交后代中形成一定比例的母本單倍體，證明了番茄中SlDMP基因突變同樣具備獨立的單倍體誘導的能力。對雜交產(chǎn)生的單倍體進(jìn)行的高通量測序結果表明，這些單倍體均不攜帶來(lái)自父本的染色體組，這說(shuō)明SlDMP突變體誘導產(chǎn)生的是純母本單倍體。

由于番茄種子小，單倍體鑒別較為困難，為克服這一技術(shù)瓶頸，研究團隊建立了熒光快速鑒別方法，通過(guò)浸種和萌發(fā)根尖熒光的兩步觀(guān)察，可實(shí)現番茄單倍體的精準鑒別。借助于這一方法，以創(chuàng )制的番茄單倍體誘導系為父本，與36個(gè)材料雜交均能夠產(chǎn)生母本單倍體，誘導率變幅為0.5%— 3.7%，平均誘導率為1.9%，這表明以DMP-HI系統為基礎的番茄單倍體誘導體系無(wú)明顯的基因型依賴(lài)性，表現出很好的通用性。同時(shí)，由于番茄具有較好的繁殖性能，有助于單倍體加倍并實(shí)現較高通量的DH純系創(chuàng )制。

陳紹江指出，現有進(jìn)展為攻克番茄單倍體育種的國際性難題進(jìn)行了成功探索。通過(guò)番茄DMP基因單倍體誘導功能的驗證，首創(chuàng )了番茄單倍體誘導系及其配套的誘導鑒別技術(shù)，突破了關(guān)鍵技術(shù)瓶頸。研究結果不僅為番茄單倍體快速育種技術(shù)研發(fā)起到奠基性的引領(lǐng)作用，也為在更多作物上創(chuàng )建通用的跨物種單倍體育種技術(shù)體系及雜種優(yōu)勢利用效能的提升開(kāi)辟新的路徑。

中國農業(yè)大學(xué)國家玉米改良中心教授陳紹江、副教授劉晨旭和瓦赫寧根大學(xué)高級研究員Kim Boutilier為本文通訊作者。中國農業(yè)大學(xué)博士后鐘裕、瓦赫寧根大學(xué)博士后陳寶建、中國農業(yè)大學(xué)博士研究生王冬和中國農科院基因組所朱曦鑒為論文共同第一作者，中國農科院基因組所研究員黃三文、蔬菜花卉研究所博士張金喆參與了本研究工作。

該研究得到了國家重點(diǎn)研發(fā)計劃、現代玉米產(chǎn)業(yè)體系、國家自然科學(xué)基金、中國農業(yè)大學(xué)“雙一流”專(zhuān)項和博士后科學(xué)基金的資助。中國農業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院教授楊文才、沈火林等對本項研究提供了支持。(科技日報記者 馬愛(ài)平)

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關(guān)鍵詞： 科研人員 番茄單倍體 誘導系統 育種進(jìn)程