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杂交水稻农民可以自留种了,专家是不是要下岗了?

admin 2019-1-1 1895

文丨飞雪之灵

  杂交是一项历史悠久的育种活动,能够利用杂交优势获得具有良好农业性状的植株。但是杂交后产生的F1代通常性状良好,然而其自交产生的下一代则良莠不齐,究其原因,就是因为在减数分裂和受精过程中,发生了性状分离,使得杂合体的优良性状不能完整的遗传给下一代。因此,对于杂交作物必须年年制种——尤其对于水稻这种自花授粉的作物来说,制种是比较繁琐和困难的。袁隆平的贡献也正是发明了较为高效的杂交水稻制种法。

  

  那么,有没有可能让杂交水稻通过克隆的方法来维持性状呢?理论上是可行的,但是通常植物的克隆操作涉及到组织培养,这是一个更耗时费力的过程,用在水稻上得不偿失。最好的方式是,让杂交水稻能自身通过无性繁殖产生种子,这些无性繁殖产生的种子,就能保持杂交水稻的性状,并且不用费时费力去制种了。想法虽好,但是要实现必须克服两个难题:

  1要能留种,胚是必须要发育的。然而通常情况下,胚的发育是需要受精过程的。所以必须想办法绕过受精,让卵在未受精状态下就能发育。

  2形成卵细胞要经过减数分裂,而减数分裂就会造成同源基因的分离和重组。因此必须想办法绕过减数分裂。

  

  幸好,科学家们找到了解决的方法。科学家们发现,其实在受精后胚珠的发育,其实是依靠一个基因BBM1(baby boom1,名字很形象)的激发的。有意思的是,在花粉精子中BBM1是有表达活性的,而在未受精的卵细胞中BBM1则不表达。在自然条件下,花粉精子中的BBM1表达产物,在受精后会激活卵子BBM1的表达,从而开启胚发育的过程。可见,BBM1的存在,其实是植物控制“胚发育一定要在受精后进行”的保险措施。

  

  那么这就简单了,通过转基因以及基因编辑手段,科学家们让卵细胞中的BBM1直接就能表达,那么这个时候,不需要受精过程的发生,卵细胞就能发育成胚——也就是幼小的植株。

  

  不过要注意,卵细胞是单倍体细胞,即使它能够绕过受精过程发育成胚,产生的植株也是单倍体,因此必须还要绕过减数分裂这个难关。好在,科学家们发现,只要利用基因编辑技术敲除水稻中的三个减数分裂相关基因,就能让水稻的生殖原细胞的减数分裂变成有丝分裂——这个过程被称为MiMe,取的是两种分裂英文名的词头。通过这一过程,卵原细胞在形成卵子的时候,不会发生重组和同源染色体分离,同时维持二倍体倍性。

  因此,将改变BBM1表达模式改变和MiMe技术结合起来,所产生带有S-Apo(合成性单性生殖)特性的杂交水稻,就可以利用这种类似无性繁殖的过程来产生种子,从而维持其杂种优势的特性。这一结果可以说是科学家们追求了20多年的目标。

  ---------------点评---------------

  反转控最爱说的一句话是:转基因作物不能留种。但事实上,不仅转基因作物可以留种,而且能够帮助不能留种的杂交作物来留种。科技的进步不仅仅是洪流,更是一个一个的巴掌~~~

  参考资料:Imtiyaz Khanday, Debra Skinner, Bing Yang, Raphael Mercier & Venkatesan Sundaresan,A male-expressed rice embryogenic trigger redirected for asexual propagation through seeds,Nature(2018)


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