近日，本团队与钱前院士团队、江苏大学朱克明团队合作在Science China Life Sciences期刊发表了题为“Engineering high-fertility synthetic apomixis in hybrid rice via genome editing of MiMe and OspPLAIIκ”的研究论文。该研究挖掘了一个新的水稻单倍体诱导基因OspPLAIIκ，并基于该基因，利用CRISPR/Cas9技术成功创制出高育性的一系杂交稻。
杂交稻具备高产、抗逆性强、适应范围广等优点，在农业生产中得到广泛应用，对保障粮食安全起到了关键作用。杂交稻育种技术经历了从“三系法”到“两系法”的发展阶段，目前正在朝着“一系法”的目标迈进。目前实现一系杂交稻技术存在两种途径：一是将有丝分裂替代减数分裂MiMe策略与卵细胞异位表达孤雌生殖相关基因（如OsBBM1、OsBBM4、PAR、OsWUS等）相结合；二是通过基因编辑同时突变MiMe策略基因和单倍体诱导基因（如OsMTL、OsPLDα2 等）。其中，后一种途径完全依赖于基因编辑技术，有望培育出无外源成分的一系杂交稻。然而，目前水稻中已鉴定的单倍体诱导基因资源较少，且前期建立的一系杂交稻技术Fix，由于OsMTL突变的负面影响，表现极低的育性，限制了生产应用。
该研究通过生物信息分析发现，OsMTL属于磷脂酶A家族，该家族在水稻中含有31个成员，其中OspPLAIIκ与OsMTL的氨基酸序列相似性最高。利用CRISPR/Cas9技术在杂交水稻中敲除OspPLAIIκ基因，发现该基因突变体表现高育，且自交可诱导产生0.22%-0.31%单倍体。在此基础上，通过多基因编辑技术同时敲除MiMe相关基因和OspPLAIIκ，构建了Fix7一系杂交稻系统。Fix7植株营养生长正常，成熟期株叶形态与野生型相似，结实率与野生型相近。通过流式细胞术及全基因组测序分析发现，Fix7可产生0.11%-0.25%克隆种子，且高育表型及克隆效率稳定遗传至下一代。
综上所述，该研究挖掘了一个新的水稻单倍体诱导基因OspPLAIIκ，并利用该基因构建了一种完全基于基因编辑的高育性一系杂交稻Fix7体系，为杂交稻杂种优势固定提供了新方案。虽然目前Fix7技术体系的克隆种子效率较低，未来可通过组合运用OsPLDα2等其它单倍体诱导基因，有望在保持高育的同时，进一步提升克隆种子效率。
本团队刘朝雷副研究员、陈玉叶硕士（已毕业）、孙亭亭博士后为论文共同第一作者。团队王克剑研究员、钱前院士和江苏大学朱克明副研究员为论文共同通讯作者。该研究获得了国家自然科学基金、国家水稻产业体系等项目支持。
文章链接：https://www.sciengine.com/SCLS/doi/10.1007/s11427-025-3177-0
参考文献：
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