中國農(nóng)業(yè)大學(xué)陳紹江教授研究團隊在玉米單倍體育種技術(shù)研究中再次取得突破。該團隊歷經(jīng)10余年不懈努力，在國際上率先克隆了*非Stock6來源的玉米單倍體誘導(dǎo)關(guān)鍵基因ZmDMP，這是該團隊繼克隆關(guān)鍵誘導(dǎo)基因ZmPLA1后取得的又一重大進展，這一關(guān)鍵基因的克隆為理解單倍體高頻誘導(dǎo)的成因奠定了堅實的理論基礎(chǔ)。研究成果以Mutation of ZmDMP enhances haploidinduction in maize為題，于2019年6月10日在植物學(xué)領(lǐng)域*期刊Nature Plant上發(fā)表。

　　玉米是典型的利用雜種優(yōu)勢農(nóng)作物之一，由純合自交系組配的優(yōu)良雜交種是玉米持續(xù)增產(chǎn)的基礎(chǔ)，因此，純系選育是玉米育種的核心技術(shù)。傳統(tǒng)方式選育純系需要8個世代以上的連續(xù)自交才能達到遺傳上的基本純合，而該課題研究的單倍體育種技術(shù)能夠在2個世代獲得純系，是目前純系創(chuàng)制速度*快方法之一。大大加快了育種進程。目前該技術(shù)已廣泛應(yīng)用并成為現(xiàn)代玉米育種的關(guān)鍵核心技術(shù)之一，實現(xiàn)了傳統(tǒng)選系技術(shù)和育種模式的變革。

　　在單倍體育種技術(shù)中，雜交誘導(dǎo)是*關(guān)鍵技術(shù)環(huán)節(jié)，優(yōu)良的誘導(dǎo)性能是決定其在育種實踐上能否應(yīng)用的關(guān)鍵，因此，解析單倍體誘導(dǎo)特別是高頻誘導(dǎo)的遺傳基礎(chǔ)是探索誘導(dǎo)之謎和提升單倍體育種效率的關(guān)鍵，也是植物學(xué)界關(guān)注的重要科學(xué)問題。該課題組經(jīng)過長期研究，已經(jīng)證明磷脂酶基因ZmPLA1序列上的4個堿基插入所導(dǎo)致的基因功能缺失是單倍體誘導(dǎo)能力產(chǎn)生的關(guān)鍵（Liu et al.，2017）。然而，ZmPLA1基因并不能完全解釋高頻誘導(dǎo)現(xiàn)象。因此，對qhir8的定位克隆對于闡明單倍體高頻誘導(dǎo)的遺傳基礎(chǔ)具有重要意義。

　　單倍體誘導(dǎo)基因克隆的難點在于需要大量的雜交誘導(dǎo)籽粒的鑒別篩選。在qhir8精細定位和克隆過程中，該課題組利用其選育的兩個誘導(dǎo)系CAUHOI和CAU5組配的群體進行圖位克隆。先后從2萬多個F2單株中篩選出37個交換單株，以基因分型子代測驗的方法，將qhir8的候選基因區(qū)間縮小至318 bp，鎖定了編碼DUF679結(jié)構(gòu)域膜蛋白（DUF679 domain membrane protein）的基因ZmDMP及其功能位點。該基因編碼205個氨基酸，研究團隊利用基因編輯等方法驗證了該基因就是單倍體誘導(dǎo)的關(guān)鍵貢獻基因。研究結(jié)果表明，在ZmPLA1突變的基礎(chǔ)上，ZmDMP起始密碼子下游的第131bp上T到C的單堿基替換導(dǎo)致氨基酸的錯義突變，進而將單倍體誘導(dǎo)率提高2~3倍。將ZmDMP完全敲除則可進一步將單倍體誘導(dǎo)率提高5~6倍，呈現(xiàn)出顯著的倍增效應(yīng)。非常值得關(guān)注的是，該研究還發(fā)現(xiàn)了ZmDMP基因敲除后具有獨立的誘導(dǎo)單倍體能力，這是*在非stock6材料上發(fā)現(xiàn)獨立誘導(dǎo)現(xiàn)象。該發(fā)現(xiàn)將有望為下一步的高頻單倍體誘導(dǎo)系選育提供新的研究方向。通過ZmDMP的表達模式和亞細胞定位分析發(fā)現(xiàn)，該基因與ZmPLA1具有一定的相似性，均在成熟的花粉中表達和定位在細胞膜上。表明ZmDMP與ZmPLA1有可能在單倍體誘導(dǎo)的過程中參與相同的通路。

　　該研究克隆的非Stock6來源的玉米單倍體誘導(dǎo)關(guān)鍵基因ZmDMP不僅可為遺傳學(xué)與生殖生物學(xué)研究提供新的借鑒，而且在實踐上也將為基于分子標記輔助選育及基因編輯技術(shù)創(chuàng)建高頻的單倍體誘導(dǎo)系奠定堅實的基礎(chǔ)。

　　值得一提的是，陳紹江教授課題組二十多年來一直致力于玉米單倍體育種技術(shù)體系研發(fā)及單倍體誘導(dǎo)的遺傳、生物學(xué)機制研究。在技術(shù)研究方面，先后突破了高效誘導(dǎo)、*鑒別和高效加倍三大關(guān)鍵技術(shù)，創(chuàng)建了高效的單倍體育種技術(shù)體系，并實現(xiàn)了廣泛的應(yīng)用。相關(guān)研究成果先后獲得了2016年度教育部技術(shù)發(fā)明一等獎，2017年大北農(nóng)科技獎植物育種獎。

　　該課題組鐘裕、劉晨旭、祁曉龍和焦炎炎為論文共同*作者，陳紹江教授為通訊作者，國家玉米改良中心賴錦盛教授，金危危教授和劉文欣副教授等對本項研究提供了支持。研究得到了國家863計劃和重點研發(fā)計劃及現(xiàn)代玉米產(chǎn)業(yè)體系項目的資助。

農(nóng)業(yè)網(wǎng)(Agronet.com.cn)微信掃一掃： 盡“掃”天下農(nóng)商情