近日，中國水稻研究所水稻生物育種全國重點實驗室研究員王克劍團隊與中國科學院院士錢前團隊合作研究，鑒定了一個新的水稻單倍體誘導基因OsPLDα2，并利用該基因成功創建了僅依賴基因編輯的正常結實率雜交水稻無融合生殖體系。相關研究成果5月20日在線發表于《科學通報》（Science Bulletin）雜志。
對照組wt與Fix4體系的植株形態的比較，體現了Fix4體系不影響植株營養生長。中國水稻所供圖
雜種優勢即異花授粉植株相較于自交系親本表現出更高產量和更強抗逆性的現象，長期以來在雜交種子產業中廣泛應用，被視為現代農業的標志性創新成果之一。然而，與自交系種子不同，由于遺傳與表型分離的存在，雜種優勢無法穩定遺傳。因此，制種公司每年需耗費巨大人力、物力重復制種，最終導致雜交種子價格顯著高于自交系種子。
無融合生殖是一種無性繁殖方式，可產生基因組成完全復制母本的種子。盡管自然界中已有超過400種植物進化出天然無融合生殖能力，但這一珍貴性狀在主要作物中仍顯著缺失。因此，將無融合生殖特性導入作物被視為農業科研“圣杯”，并持續吸引植物生物學家與種子產業的強烈關注。
2019年，王克劍團隊建立了水稻無融合生殖體系（簡稱Fix），首次獲得了雜交水稻的克隆種子，實現了雜交水稻無融合生殖從0到1的原始突破。
然而，第一代Fix體系存在克隆種子效率和結實率較低的問題，限制了其在農業生產中的應用。隨后，研究團隊對無融合生殖體系進行了持續優化，逐步構建了具有正常結實率，以及兼具正常結實率和更高克隆種子誘導率的Fix2和Fix3體系。盡管Fix2和Fix3植株都實現了正常結實率，但此二者都依賴基因編輯和卵細胞異位表達元件的轉化，尚未建立僅依賴基因編輯的正常結實率無融合生殖體系。
這項新研究鑒定到了一個在成熟花粉中特異性表達的磷脂酶基因PLDα2。該基因的突變能夠誘導產生單倍體子代，同時具有高結實的特征。團隊進一步利用基因編輯技術，成功構建了雜交水稻Fix4體系。該體系不僅能誘導可遺傳的克隆種子，還能維持與母本植株相當的結實率水平。
研究證明了僅通過基因編輯技術敲除水稻內源基因，可創建結實率完全正常的無融合生殖體系，為加速雜交水稻無融合生殖技術的生產應用提供理論支撐與創新方案。研究人員表示，未來通過結合瞬時轉化技術，有望實現不含外源成分的正常結實率無融合生殖體系。
相關論文信息：https://doi.org/10.1016/j.scib.2025.05.022
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