作物育种的“马良神笔”——王海洋团队开发一种精准加快作物育种进程的下一代作物育种技术IMGE

近几十年来，得益于作物品种的改良和生产方式的改变（如密植、农药、化肥的使用等），作物产量（特别是单产）的稳步提高为世界人口的增长发挥了关键的支撑作用。作物品种的改良主要得益于育种带来的遗传增益（Genetic Gain）。 然而传统育种中优良性状的针对性改良，需要将带有该优良性状或基因的材料（供体亲本）与所需改良的材料（受体亲本）杂交，再经过6-8代的回交和繁琐的背景选择，最终从后代中选择出其他性状像受体亲本、同时携带来自于供体亲本优良性状或优异基因型的个体，用于下一步的育种。这个过程费时，费力，成本高昂，而且由于受制于表型观察准确性和遗传累赘效应等影响，所得的结果并不总能与预期目标相符。因此，生产上迫切需要一种能够快速、精准改良作物性状的育种方法，以加快作物育种的进程。

近年来，随着分子生物学、基因组学和农业生物技术的发展，涌现出了一批新的作物育种技术，如双单倍体技术、转基因技术、分子标记辅助育种技术、基因组编辑技术、智能不育技术（第三代杂交水稻育种技术）、杂种优势固定技术（无融合生殖技术）等。其中双单倍体技术在玉米、小麦、大麦、烟草等作物的育种中已得到广泛应用。通过与单倍体诱导系（haploid inducer）杂交，可快速创制不受遗传背景限制的单倍体，再通过人工或自然染色体加倍成为双单倍体（doubled haploid）, 实现在短时间内（两代）作物优良基因型的固定，从而创制纯合的自交系以用于杂交育种或品种选育。以CRISPR/Cas9为代表的基因组编辑技术是最近发展起来的一种在体内高效精准改变DNA的方法，可用于农作物高产、抗逆、优质等性状的精准改良，为将来农作物的选育提供了一种新的革新性的工具。然而，基因组编辑技术的应用涉及作物的遗传转化，而目前大多数作物，特别是优良的商业化品种的遗传转化效率很低。因此通常采用的策略是先在一个可转化的基因型中用CRISPR/Cas9技术编辑目标基因（赋予一方面或几方面性状的改良），然后将编辑后的目标基因通过杂交和多世代回交的方法导入到商业化品种中，整个过程常常需要3-5年的时间，周期漫长，大大限制了该技术在商业化育种中的应用效率。同时，为了实现编辑后等位基因的稳定遗传和保证所改良育种材料中不包含外源转基因成分，基因编辑育种最终还需要将CRISPR载体去除，不可避免的额外增加育种的复杂性和成本。

近日，来自中国农业科学院生物技术研究所和华南农业大学的科研人员报道了一种称为IMGE (Haploid Inducer-mediated Genome Editing)的育种策略，巧妙地将单倍体诱导与CRISPR/Cas9基因编辑技术结合起来，成功地在两代内创造出了经基因编辑改良的双单倍体（DH）纯系。该方法可以打破之前基因编辑育种对材料遗传转化能力的依赖，并且创造出不含转基因（CRISPR载体）的纯系。相关研究成果以 Development of a Haploid-Inducer Mediated Genome Editing (IMGE) System for Accelerating Maize Breeding 为题发表在国际知名期刊 Molecular Plant 上。