单倍体育种技术已经是当前玉米育种领域中的关键核心技术，在加快玉米遗传改良方面起到重要推动作用。近年来，国内外在单倍体技术基础理论研究方面也取得了重大突破，克隆了单倍体诱导基因MTL/ZmPLA1/NLD和ZmDMP。然而，单倍体诱导的遗传基础仍不清晰。通过继续挖掘单倍体诱导新基因，一方面可以通过人工定向精准选育新型高诱导率的诱导系，进一步提升单倍体育种效率，另一方面，通过基因的功能研究，将大大加快单倍体诱导分子调控机理解析。
研究团队通过研究发现，玉米磷脂酶D亚家族成员之一的ZmPLD3功能缺失突变可以诱导产生母本单倍体。研究人员首先通过结合组学技术手段筛选到单倍体诱导候选基因——花粉特异性磷脂酶基因ZmPLD3，然后利用CRISPR-Cas9系统获得该基因功能缺失突变体，通过单倍体诱导测试，该基因突变具有诱导单倍体的能力，且诱导率与单倍体诱导主效基因MTL/ZmPLA1/NLD的诱导率相当。同时进一步与已报道单倍体诱导调控基因聚合，发现ZmPLD3与MTL/ZmPLA1/NLD双突变体的单倍体诱导效率能够提高4倍，三突zmpld3 (+/-)-mtl-zmdmp （ZmPLD3杂合突变，MTL/ZmPLA1/NLD与ZmDMP纯合突变）的单倍体效率能够提高6-7倍。这一发现为玉米单倍体诱导效率的进一步提升提供了新的策略。
ZmPLD3与MTL/ZmPLA1/NLD在单倍体诱导中的协同效应
此外，多物种同源基因蛋白序列比对发现，ZmPLD3在多个物种中具有高度保守性，这也暗示了这一单倍体诱导基因在其他重要作物中的潜在应用价值。研究人员还通过对单倍体诱导相关突变体花粉转录组分析筛选了新的单倍体诱导候选基因，这为解析单倍体诱导机制及进一步培育新型诱导系提供了可能性。
该研究由植物生理学与生物化学国家重点实验室、国家玉米改良中心、中国农业大学三亚研究院、海南崖州湾种子实验室、中国农业大学农学院宋伟彬副教授课题组完成。宋伟彬副教授为该论文的通讯作者，博士生李元为该研究第一作者。中国农业大学赖锦盛教授、陈绍江教授、赵海铭副教授，刘晨旭副教授和鄂立柱副教授也参与了以上研究工作。该研究得到国家自然科学基金委、崖州湾种子实验室、三亚崖州湾科技城管理局科研项目、中国农业大学“人才培育发展支持计划”项目的资助。
原文链接：https://www.nature.com/articles/s41477-021-01037-2
供稿：农学院
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编辑：李杨
责编：于哲
