iPlants前言：
純系的獲得是作物育種過程中的關鍵步驟。單倍體育種科技作為快速獲得純系的手段，能够大大縮短育種行程，提高效率。雜交誘導母本單倍體科技已成為現代作物育種的關鍵核心技術，然而，單倍體誘導基因的鑒定卻是近三年的科研成果，可見其研究難度。
最近幾年通過在玉米中解析出控制玉米單倍體誘導基因MTL/ZMPLA1和ZmDMP，到後期利用發現的控制玉米單倍體誘導基因MTL/ZMPLA1和ZmDMP在各物種的保守性，已經在水稻、小麥中也實現了高效率的單倍體誘導效果。此外值得注意的是，近期也已經實現了雙子葉擬南芥單倍體的誘導。單倍體誘導基因的鑒定和保守性結合基因編輯科技的利用，將有望創建單雙子葉作物單倍體快速育種新體系，在現代作物育種應用方面具有廣闊前景！為此，我們公眾號iPlants也進行了系統的總結，詳細如下：【前沿】Nature/NP/NBT/MP等7篇文章解析作物育種的關鍵-單倍體誘導的研究進展！
Nature Biotechnology雜誌線上發表了來自全球農業科技巨頭企業先正達（Syngenta）公司Timothy Kelliher團隊等題為“Generation of paternal haploids in wheat by genome editing of the centromeric histone CENH3”的研究論文。該研究通過基因編輯科技編輯小麥的著絲粒組蛋白TaCENH3α，並通過篩選雜等位基因組合鑒定到小麥父本單倍體誘導系，其效率為7%，為CENH3單倍體誘導科技在多種作物中的應用鋪平道路。
1.背景介紹
長期以來，常規的系譜法、回交法、複合雜交和輪回選擇等育種手段，已培育了許多作物能够適應各種生態環境的優良雜交種，但常規遺傳改良一直存在育種週期長等缺點。而單倍體育種科技只需2代便可得到純合的DH（Doubled Haploid）系，極大縮短了育種週期，提高了育種效率。
在自然界中有些物種中會自然產生單倍體，一般發生頻率很低。美國Northrup King種子公司於1950發現一個玉米高頻單倍體誘導系，後命名為Stock6。研究表明Stock6作為父本誘導系可以誘導母本單倍體，誘導率為1-2%。之後經過玉米工作者對Stock6進行了改良，獲得了7-15%的誘導率，同時農藝性狀較優良的單倍體誘導系。並且於2017年1月，Nature雜誌上發表來自先正達公司Timothy Kelliher課題組的研究，尅隆出單倍體誘導系Stock6控制單倍體誘導基因（基因命名為MTL，特异性在玉米精細胞中表達的磷脂酶）。
此外，單倍體誘導的另一個有前途的方法是CENTROMERIC HISTONE3（CENH3）基因，參與著絲粒複合蛋白的募集和穩定。以往研究表明，通過突變該基因，在擬南芥中可以產生約30%的種內親本單倍體誘導。然而雖然CENH3的功能在各個物種中保守存在，但是目前為止尚未在擬南芥之外誘導有效的單倍體誘導效應。
該研究在六倍體麵包小麥中鑒定了CENH3的同源基因TaCenH3α和TaCenH3β，進一步檢測發現TaCenH3α在子房和花粉中的表達高於TaCenH3β。囙此，該研究設計兩個單gRNAs位點靶向TaCenH3α三個等位基因：gRNA1靶向外顯子1中N末端結構域的起始，而gRNA2靶向內含子2 /外顯子3剪接位點。
通過基因編輯進行TaCENH3α的三個等位基因進行突變，在702個T0代植物中關注具有基因型（+/r，-/r，-/-）：即-A具有一個野生型和一個RFS（restored frameshift）等位基因的雜合。-B具有1個敲除突變和1個RFS等位基因的雜合子和純合突變的-D。之後使上述關注的基因型生產各種T1植物，然後讓T1自花授粉並以雌性與野生型品系03S0352-22雜交，以測試异交HIR。
研究表明，'G23'基因型（+/r，-/-，-/-）（上圖c）通過自花傳粉導致產生6.9%（9/131）單倍體，异源雜交後，父本的HIR為7.0%（4/57），而'G24'基因型（+/r，-/-，-/-）（見下錶），此外，G24基因型（r/r，-/-，-/-）誘導效率只有1.8%。而T1植物在A基因組中沒有RFS等位基因，例如G18（+/+，-/-，-/-）不誘導單倍體，說明位於CENH3α-A的RFS（r）等位基因可能觸發HI，並且證實了TaCENH3α-A的RFS等位基因的雜合（+/ r）組合加上-B和-D兩個拷貝的敲除突變導致高HIR。
綜上所述，這是第一個具有農作物商業潜力的父本HI系統。考慮到雙子葉植物和單子葉植物中CENH3的保守性，從這項研究結果中可以新增了其他農作物成功的機會。
論文連結：
https://www.nature.com/articles/s41587-020-0728-4