近日,中国水稻研究所水稻基因组编辑与无融合生殖创新团队在《新植物学家》(New Phytologist)发表了研究论文。该研究发现,水稻MTL(MATRILINEAL)基因突变除诱导单倍体外,还可通过干扰花粉发育促使未减数精细胞产生,进而与卵细胞结合形成三倍体胚,为该基因的生物学功能提供了新见解。
水稻mtl突变体单倍体、二倍体和三倍体。中国水稻所供图MTL基因编码花粉特异性磷脂酶,该基因是玉米商业单倍体诱导系的重要遗传基础之一。同时,在水稻中敲除MTL也可产生单倍体,并已成功用于一系杂交稻的创制。然而,最新研究提示,水稻MTL基因突变可能具有更多重生物学效应。
研究发现,水稻MTL基因突变后,种子的败育率显著上升,其中一类“有胚无胚乳”(Em-en)的种子比例从野生型的0.2%大幅提高到5.0%。这类种子培养出的幼苗中,除具有5.2%—5.6%的单倍体水稻,还存在2.6%—5.6%的三倍体水稻,其余为正常二倍体水稻。
进一步机制研究显示,OsMTL突变破坏了花粉发育后期的氧化还原稳态,这种失衡一方面诱导精细胞中部分染色体片段化,介导单倍体胚和二倍体胚的产生;另一方面干扰花粉发育的有丝分裂过程(抑制姐妹染色单体分离),产生的未减数精细胞与卵细胞融合后形成了三倍体胚胎。
该研究揭示了MTL基因在水稻生殖过程中的多重生物学效应:不仅能对基因组做“减法”,还能做“加法”。更重要的是,三倍体常作为连接创制不同倍性材料的基础桥梁,该研究也为三倍体水稻的人工合成提供了新途径。
该研究获得了国家自然科学基金、国家水稻产业技术体系、浙江省自然科学基金等项目支持。中国水稻所博士后胡风越、副研究员刘朝雷为论文共同第一作者,研究员王克剑、副研究员刘朝雷为论文通讯作者。
相关论文信息:https://doi.org/10.1111/nph.71138
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