王克剑和李红菊组联合综述：合成无融合生殖

植物中的无融合生殖是一种自然界广泛存在的生物现象，即在不发生卵细胞和精子结合的情况下形成种子。截止目前已在多达400余种被子植物中发现无融合生殖现象，但是并没有在农作物中发现。在农业生产过程中，杂交育种通过利用杂种优势获得具有优良特性的种子。然而，杂交后代性状会出现分离，这大大限制了杂种优势在农业生产中的广泛应用。因此，在农作物中实现无融合生殖被认为是固定杂交种子杂种优势的理想方式，因为其绕过了每年繁琐的杂交制种过程。近年来，随着对植物减数分裂和双受精分子机制的认识不断加深，以及基因编辑技术的成熟，科学家们通过对参与有性生殖的基因进行遗传改造，成功的将无融合生殖引入到常规水稻和杂交水稻品种中。

2023年9月，Seed Biology 在线发表了中国科学院遗传与发育生物学研究所李红菊课题组和中国水稻研究所王克剑课题组题为Synthetic apomixis: from genetic basis to agricultural application 的综述文章，回顾了近些年来植物领域与无融合生殖技术相关的减数分裂、双受精和单倍体诱导等生物学过程的最新研究进展。

在有性繁殖的农作物中实现无融合生殖主要包含三个步骤：（1）跳过常规的产生单倍体雌配子体的减数分裂过程（apomeiosis），即由大孢子母细胞通过有丝分裂产生胚囊；（2）胚胎发育必须在雄配子体和雌配子体之间没有发生核融合或在融合后发生雄配子基因组丢失的情况下进行，即由卵细胞启动胚胎发育；（3）胚乳自主发育，或通过中央细胞受精发育。为了绕过减数分裂过程，可以采用有丝分裂代替减数分裂（MiMe）策略来诱导非同源重组的雌配子体产生。然而，MiMe 植物的自体受精会使每一代的倍性增加。孤雌生殖（parthenogenesis）、消除父本基因组（CEHN3-based genome elimination）和父本染色体碎片化（mtl-based chromosome fragmentation）是几种可以产生单亲基因组后代的单倍体诱导技术。通过结合使用MiMe 和单倍体诱导技术，科学家成功地在水稻和拟南芥中实现了无融合生殖。植物的无融合生殖主要涉及了减数分裂、 雌雄配子体融合、 单倍体诱导和胚乳发育等几个重要的植物发育过程，该文基于近年来所报道的研究成果，详细介绍了与上述植物生物学过程相关的分子机制，梳理了在农作物中实现无融合生殖可行的技术路径，分析了该技术的难点和局限，以及在未来农业生产推广过程中的潜在问题。总而言之，该文力求为读者提供全面的与无融合生殖相关的最新知识和科研进展，对希望从事农作物无融合生殖研究工作的人员产生裨益。

图一 开花植物有性生殖和无融合生殖的种子形成过程

本研究得到中国科学院A类战略性先导科技专项（XDA24020306）和中国国家重点研发计划（2022YFF1003500）资助。中科院遗传发育所李红菊研究员为论文通讯作者，中国水稻研究所王克剑研究员为共同通讯作者，中国科学院遗传与发育生物学研究所李世震博士为论文第一作者、博士生王静和海南大学三亚南繁研究院博士生贾顺耕共同参与论文的撰写过程。

原文链接：

https://doi.org/10.48130/SeedBio-2023-0010

转自：“iPlants”微信公众号

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