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借助基因編輯技術實現苜蓿單倍體誘導

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  近日,中國農業科學院生物技術研究所作物高光效功能基因組團隊借助基因編輯技術成功實現蒺藜苜蓿體內單倍體誘導,為豆科牧草及豆科作物單倍體育種體系建立提供新路徑。相關研究成果發表在《植物生物技術雜志(Plant Biotechnology Journal)》。

  據林浩研究員介紹,紫花苜蓿是世界著名優良牧草,也是我國種植面積最大的豆科飼草作物,具有蛋白質豐富、能改良土壤和經濟價值高等優點,因而享有“牧草之王”的美譽。隨著我國居民膳食結構持續升級,對乳制品、牛羊肉等草食畜產品需求不斷增大,苜蓿等優質豆科牧草的需求呈剛性增長,迫切需要加快培育具有自主知識產權的高產優質苜蓿新品種。單倍體育種技術通過單倍體誘導與加倍技術相結合,可實現遺傳材料的快速純合,顯著加快純系的選育進程和效率,是農業生物育種中的關鍵共性技術。目前,關于豆科植物的體內單倍體誘導研究仍處于空白,限制了單倍體育種技術在苜蓿等豆科牧草育種中的應用。

  研究人員發現玉米單倍體誘導基因 ZmDMP 在蒺藜苜蓿、紫花苜蓿、大豆等豆科牧草和豆科作物中具有較高的保守性。進一步利用紫花苜蓿近緣種的二倍體蒺藜苜蓿為研究系統,發現通過基因編輯技術對蒺藜苜蓿中 ZmDMP 同源基因 MtDMP8 MtDMP9 同時敲除,可以誘導產生單倍體。在此基礎上,利用 mtdmp8 mtdmp9 雙突變體與不同生態型蒺藜苜蓿親本雜交,可以誘導產生母本來源的單倍體材料,證明 ZmDMP 同源基因在豆科植物中具有母本單倍體誘導功能。該研究利用基因編輯技術,首次將 ZmDMP 介導的玉米單倍體誘導體系成功拓展至豆科植物中,為解析豆科植物單倍體誘導機制,創建紫花苜蓿、大豆等豆科牧草和豆科作物的單倍體育種技術體系奠定重要基礎。

  該研究得到中國農科院科技創新工程等項目資助。(通訊員:崔艷)

  原文鏈接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1111/pbi.13740

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