中國農業大學任華中/劉興旺團隊發現單倍體育種新靶點，黃瓜育種效率有望躍升

種子被譽為農業的"芯片"，種業是國家戰略性、基礎性核心產業。在全球糧食安全壓力日益嚴峻的背景下，提升育種效率、加速優良品種選育已成為各國農業科技競爭的焦點。傳統的雜交育種方法通常需要6-8代自交才能獲得遺傳穩定的純系材料，育種周期漫長、效率低下，難以滿足現代農業對快速響應市場需求、應對氣候變化挑戰的迫切要求。

單倍體育種技術的出現為這一困境帶來了革命性的解決方案。該技術通過誘導產生單倍體植株并使其染色體加倍，僅需1-2個世代即可獲得完全純合的雙單倍體系，將育種周期縮短至傳統方法的1/4甚至更短。這一技術突破不僅大幅提升了育種效率，更為加速種質資源創新、縮短品種更新換代周期提供了關鍵技術支撐。因此，單倍體育種技術被譽為現代育種的"加速器"，在水稻、玉米、小麥等主要糧食作物的品種改良中發揮了重要作用。

然而，在雙子葉植物尤其是蔬菜作物中，高效單倍體誘導體系的建立仍面臨諸多瓶頸。目前，DMP同源基因介導的母本單倍體誘導已在多種雙子葉植物中取得成功，但單一的誘導策略難以滿足多樣化的育種需求，尋找新的單倍體誘導靶標基因成為該領域的研究熱點。玉米中ZmPOD65基因突變能夠誘導體內母本單倍體的發現，為單倍體育種開辟了新方向，但其同源基因在雙子葉植物中是否具有同樣的功能，一直未有定論。這一關鍵科學問題的解答，將直接關系到單倍體育種技術能否在更廣泛的作物種類中推廣應用。

近日，中國農業大學任華中/劉興旺團隊在JIPB在線發表了題為EditingCsPOD7triggersin vivomaternal haploid induction in cucumber的研究論文。該研究首次在雙子葉植物黃瓜中證實，編輯ZmPOD65的同源基因CsPOD7能夠誘導體內母本單倍體，該結果為單倍體育種提供了不依賴于DMP的新策略。

該團隊發現，黃瓜中ZmPOD65的同源基因CsPOD7在花藥中特異性高表達。利用CRISPR/Cas9技術編輯該基因后，可導致其突變體的花粉萌發率下降約36%，飽滿種子比例顯著降低，而敗育種子比例則顯著提高（圖1D–F），呈現出典型的單倍體誘導株系特征。更重要的是，在Cspod7突變體自交后代中，成功獲得了單倍體植株（圖1I）；而以該突變體為父本與多個不同遺傳背景的黃瓜品種雜交，均可穩定誘導產生母本單倍體，平均誘導率約為0.16%–0.2%（圖1I）。

該研究首次證明，在雙子葉植物黃瓜中編輯CsPOD7基因可體內誘導母本單倍體。這一發現不僅為黃瓜單倍體育種提供了新工具，也為其他雙子葉作物的單倍體育種開辟了不依賴于DMP的新途徑。據此，未來有望通過多基因敲除策略進一步提高黃瓜等雙子葉植物的誘導效率。

中國農業大學園藝學院博士生李森, 已畢業博士生尹帥為該論文的共同第一作者。中國農業大學劉興旺副教授和任華中教授為論文的共同通訊作者。該研究得到了國家自然科學基金、中國農業大學2115人才發展計劃、中國農業大學111項目的資助。

任華中/劉興旺課題組長期從黃瓜遺傳改良與分子調控研究，取得了一系列重要研究進展，在 Journal of Integrative Plant Biology、The Plant cell、Plant Biotechnology Journal、Journal of Advanced Research、New Phytologist、Plant Physiology、The Plant Journal、Horticulture Research等國際主流學術期刊發表論文40余篇。

論文鏈接：

https://doi.org/10.1111/jipb.70276