科学家利用基因突变加速植物育种过程

爱荷华州立大学的研究人员可能已经解决了与纯遗传系加速发展相关的长期挑战。

使用“双单倍体”(DH) 遗传学已成为支撑现代玉米育种的基本技术之一。然而，DH 技术既有挑战，也有优势。首先，它需要创造仅携带单一母本基因组的“单倍体”植物。单倍体植物的单一基因组然后通过加速遗传纯近交系发育的 化学过程加倍。

DH 技术的主要瓶颈之一是单倍体雄花通常是不育的。这个问题需要将幼苗暴露在有毒的化学秋水仙碱中，秋水仙碱会刺激基因组加倍并使雄花恢复生育能力。该过程是劳动密集型和成本密集型的​​。

最近发表在《自然植物》杂志上的研究分享了科学家发现的一种突变的消息，这种突变可以在不使用秋水仙碱的情况下恢复单倍体的雄性生育能力。这项工作由农学研究科学家 Siddique I. Aboobucker 与 Thomas Lübberstedt、Frey 农学主席兼 Raymond F. Baker 植物育种中心主任以及前农学研究生 Liming Zhou 共同完成。

他们证明，在称为减数分裂的植物繁殖阶段，利用改变纺锤体机制定位的突变可以恢复单倍体植物的雄性育性。

纺锤体机制有助于保持细胞分裂正常进行。在正常的减数分裂过程中，在包含两组染色体的常规“二倍体”植物中，纺锤体成对垂直排列，很容易排成一行。在单倍体植物中，染色体在细胞分裂过程中分布不均，导致下一繁殖阶段的不育率很高。

为了解决这个问题，Aboobucker 想到了一个团队认为值得研究的灵感。他们假设一组被称为平行纺锤体突变体或“ps 突变体”的遗传植物异常在减数分裂期间将纺锤体改变为平行而不是垂直位置可以提高单倍体的雄性生育能力。他们在拟南芥上测试了这个想法，拟南芥是一种模型研究植物，通常用作玉米和其他几种作物物种的前体。

它奏效了——单倍体突变植物生长了，而且大多数都能生育。结果支持他们的观点，即通过利用突变体导致更水平的纺锤体形成 的趋势，可以克服单倍体雄性减数分裂关键阶段纺锤体纤维排列不均的问题。

Lübberstedt 说：“利用这种突变来克服单倍体植物中的雄性生育问题，很有希望克服目前用于人工(化学)基因组加倍方法以获得 DH 系的资源密集型方案。”

他将大部分功劳归功于 Aboobucker，他领导了这个项目，以找到解决男性单倍体不育这一长期难题的方法。

“我开始意识到这是一件大事，”Aboobucker 说。“自从我们上个月的文章发表以来，世界各地同事的反应有点压倒性。”

Lübberstedt 和 Aboobucker 相信，他们发现的有益突变可以在经过一些修改后应用于玉米和其他作物。探索这种潜力是他们即将开展的下一个项目之一。