Nature Plants | 玉米单倍体诱导基因MTL同源基因首次成功用于诱导水稻单倍体

单倍体育种技术，转基因技术和分子标记辅助育种技术是现代育种技术体系的三大核心技术。单倍体（Haploid）指只具有配子染色体数目的细胞或个体。目前玉米单倍体育种普遍采用孤雌生殖诱导系诱导产生单倍体。单倍体植株一般比较弱小，且表现高度不育，只有加倍成2倍体才能恢复育性从而获得种子，加倍后形成的系称为DH（Doubled Haploid），可直接用于育种。

2017年1月23日，全球农业科技巨头企业先正达（Syngenta）公司在Nature杂志上报道了一个名为MATRILINEAL（MTL）的玉米花粉特异性磷脂酶基因，该基因能诱导玉米单倍体的产生。



同年2月4日，中国农业大学的陈绍江教授团队、金危危教授团队及华中农业大学严建兵教授团队联合在Cell旗下的Molecular Plant杂志上发表了题为“A 4-bp Insertion at ZmPLA1 Encoding a Putative Phospholipase A Generates Haploid Induction in Maize”的论文，报道了同一基因，命名为ZmPLA1。





两项研究均报道了同一个基因。与玉米B73参考基因组相比，MTL/ZmPLA1基因第四外显子处发生了 4bp 的插入（CGAG），导致了20个氨基酸的移码突变，该突变是造成诱导系具有诱导单倍体的原因。同时，中国科学家团队发现该4bp插入只存在于玉米诱导系中，在玉米祖先（大刍草）及玉米非诱导系中均未检测到。

以上两篇论文中，作者都提到由于该基因能诱导玉米单倍体的产生，且在其它作物中具有保守性，所以该基因的克隆有望在未来在更多的物种中进行单倍体育种，大大加快育种进程。

2018年7月10日，来自先正达的研究团队在Nature Plants发表了一篇题为“OsMATL mutation induces haploid seed formation in indica rice”的论文。该研究发现水稻中的玉米MTL同源基因OsMATL突变后可以诱导单倍体种子的形成。



该研究利用CRISPR-Cas9技术突变OsMATL基因。结果发现，OsMATL突变后平均单倍体诱导率（haploid induction rate，HIR）为6%左右，授粉后种子结实率为20%，与玉米中MTL突变后的结果基本一致。据悉，先正达公司在2016年11月18日已就本研究相关的基因和技术提交了专利申请。




Progeny of OsMATL mutants. a, Representative diploid (left) and haploid (right) progeny at 4 weeks after sowing. b, Representative diploid (left) and haploid (right) plants 3 months after sowing. c, Flow cytometry results. d, A comparison of sibling diploid and haploid height, tiller number and leaf size at the same stage as in b.

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