中國農(nóng)大新聞網(wǎng)訊?近日，Nature子刊《自然-植物》（Nature Plants）在線發(fā)表了中國農(nóng)業(yè)大學(xué)宋偉彬課題組題為“Loss-of-function alleles of ZmPLD3 cause haploid induction in maize”的研究論文。研究團(tuán)隊(duì)通過研究發(fā)現(xiàn)，玉米磷脂酶D亞家族成員之一的ZmPLD3功能缺失突變可以誘導(dǎo)產(chǎn)生母本單倍體。

單倍體育種技術(shù)已經(jīng)是當(dāng)前玉米育種領(lǐng)域中的關(guān)鍵核心技術(shù)，在加快玉米遺傳改良方面起到重要推動作用。近年來，國內(nèi)外在單倍體技術(shù)基礎(chǔ)理論研究方面也取得了重大突破，克隆了單倍體誘導(dǎo)基因MTL/ZmPLA1/NLD和ZmDMP。然而，單倍體誘導(dǎo)的遺傳基礎(chǔ)仍不清晰。通過繼續(xù)挖掘單倍體誘導(dǎo)新基因，一方面可以通過人工定向精準(zhǔn)選育新型高誘導(dǎo)率的誘導(dǎo)系，進(jìn)一步提升單倍體育種效率，另一方面，通過基因的功能研究，將大大加快單倍體誘導(dǎo)分子調(diào)控機(jī)理解析。

研究團(tuán)隊(duì)通過研究發(fā)現(xiàn)，玉米磷脂酶D亞家族成員之一的ZmPLD3功能缺失突變可以誘導(dǎo)產(chǎn)生母本單倍體。研究人員首先通過結(jié)合組學(xué)技術(shù)手段篩選到單倍體誘導(dǎo)候選基因——花粉特異性磷脂酶基因ZmPLD3，然后利用CRISPR-Cas9系統(tǒng)獲得該基因功能缺失突變體，通過單倍體誘導(dǎo)測試，該基因突變具有誘導(dǎo)單倍體的能力，且誘導(dǎo)率與單倍體誘導(dǎo)主效基因MTL/ZmPLA1/NLD的誘導(dǎo)率相當(dāng)。同時(shí)進(jìn)一步與已報(bào)道單倍體誘導(dǎo)調(diào)控基因聚合，發(fā)現(xiàn)ZmPLD3與MTL/ZmPLA1/NLD雙突變體的單倍體誘導(dǎo)效率能夠提高4倍，三突zmpld3 (+/-)-mtl-zmdmp （ZmPLD3雜合突變，MTL/ZmPLA1/NLD與ZmDMP純合突變）的單倍體效率能夠提高6-7倍。這一發(fā)現(xiàn)為玉米單倍體誘導(dǎo)效率的進(jìn)一步提升提供了新的策略。

ZmPLD3與MTL/ZmPLA1/NLD在單倍體誘導(dǎo)中的協(xié)同效應(yīng)

此外，多物種同源基因蛋白序列比對發(fā)現(xiàn)，ZmPLD3在多個(gè)物種中具有高度保守性，這也暗示了這一單倍體誘導(dǎo)基因在其他重要作物中的潛在應(yīng)用價(jià)值。研究人員還通過對單倍體誘導(dǎo)相關(guān)突變體花粉轉(zhuǎn)錄組分析篩選了新的單倍體誘導(dǎo)候選基因，這為解析單倍體誘導(dǎo)機(jī)制及進(jìn)一步培育新型誘導(dǎo)系提供了可能性。

該研究由植物生理學(xué)與生物化學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、國家玉米改良中心、中國農(nóng)業(yè)大學(xué)三亞研究院、海南崖州灣種子實(shí)驗(yàn)室、中國農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院宋偉彬副教授課題組完成。宋偉彬副教授為該論文的通訊作者，博士生李元為該研究第一作者。中國農(nóng)業(yè)大學(xué)賴錦盛教授、陳紹江教授、趙海銘副教授，劉晨旭副教授和鄂立柱副教授也參與了以上研究工作。該研究得到國家自然科學(xué)基金委、崖州灣種子實(shí)驗(yàn)室、三亞崖州灣科技城管理局科研項(xiàng)目、中國農(nóng)業(yè)大學(xué)“人才培育發(fā)展支持計(jì)劃”項(xiàng)目的資助。