番茄是我国也是世界上最重要的蔬菜作物之一，全球年总产量近2亿吨。目前生产上使用的番茄品种主要是杂交种，因此亲本纯系的创制是其育种的关键步骤。传统方法获得番茄纯系一般需要多代自交，周期长、效率低。尽管科学家们一直在试图建立番茄的单倍体快速育种技术体系，但迄今仍未取得突破。中国农业大学陈绍江教授团队经过长期研究，已建立起高效的玉米单倍体育种技术体系并成功大规模的应用于育种实践。该研究突破了无法诱导获得番茄单倍体的难题，有望成为番茄等双子叶作物纯系创制的加速器和高铁技术。
研究团队在克隆玉米单倍体关键诱导基因ZmDMP的基础上，利用拟南芥首先验证了该基因在双子叶植物中功能的保守性。为进一步验证其在重要双子叶作物中的应用价值，研究团队通过序列比对，发现ZmDMP在番茄中存在1个同源基因。实验结果表明，敲除该基因后在产生败育种子的同时，可以在杂交和自交后代中形成一定比例的母本单倍体，证明了番茄中SlDMP基因突变同样具备独立的单倍体诱导的能力。对杂交产生的单倍体进行的高通量测序结果表明，这些单倍体均不携带来自父本的染色体组，这说明sldmp突变体诱导产生的是纯母本单倍体。为解决番茄单倍体的快速高效鉴别难题，该研究还建立了荧光快速鉴别方法。通过浸湿种子和刚萌发根尖荧光的两步观察，可实现番茄单倍体的精准鉴别。基于创建的番茄单倍体诱导鉴别技术体系，团队还对不同遗传背景的番茄进行了诱导效应研究。实验表明，以创制的番茄单倍体诱导系为父本，与36个材料杂交均能够产生单倍体，诱导率变幅为0.5% ~ 3.7%，平均诱导率为1.9%，这表明以DMP-HI系统为基础的番茄单倍体诱导体系无明显的基因型依赖性，表现出很好的通用性。同时，由于番茄具有较好的繁殖性能，有助于单倍体加倍并实现较高通量的DH纯系创制。因此本研究所创建的技术体系有望对番茄育种的提速增效发挥重要作用。
该研究验证了番茄DMP基因单倍体诱导的功能，解决了番茄单倍体产生的关键技术瓶颈，创制了国际上首个番茄单倍体诱导系及其配套的诱导鉴别技术，研究结果不仅可为相关核心技术的研发起到引领作用，也可为更多作物上创建通用的跨物种单倍体快速育种技术体系及杂种优势利用效能提升开辟新的路径。
中国农业大学国家玉米改良中心陈绍江教授、刘晨旭副教授和瓦赫宁根大学高级研究员Kim Boutilier为本文通讯作者。中国农业大学博士后钟裕、瓦赫宁根大学博士后陈宝建、中国农业大学博士研究生王冬和中国农科院基因组所朱曦鉴为论文共同第一作者，中国农科院基因组所黄三文研究员、蔬菜花卉研究所张金喆博士参与了本研究工作。
该研究得到了国家重点研发计划、现代玉米产业体系、国家自然科学基金、中国农业大学“双一流”专项和博士后科学基金的资助。中国农业大学园艺学院杨文才教授、沈火林教授等对本项研究提供了支持。
供稿：农学院
供图：农学院
编辑：孟祥慈
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