Репортаж от Wedoany，Исследовательская группа под руководством Ван Кэцзяня из Китайского института риса недавно успешно разработала однолинейную систему гибридного риса с эффективностью клонирования, стабильно приближающейся к 100%, и нормальной завязываемостью семян, впервые совершив переход «от 1 к 100» в этой области. Результаты оригинального исследования были опубликованы 21 июля в журнале «Vita» («Жизнь»).
В настоящее время минимальное требование к чистоте семян при производстве гибридного риса, то есть доле семян, обладающих истинным гетерозисом (генотип которых идентичен потомству от скрещивания родительских форм), составляет 97%.
Эффективность клонирования — это процент семян, полученных в процессе искусственно индуцированного апомиксиса, генотип которых полностью идентичен материнскому растению (то есть клональных семян). Этот показатель используется для оценки технической успешности «фиксации гетерозиса» и напрямую влияет на чистоту семян. В 2017 году эффективность клонирования первой созданной группой Ван Кэцзяня системы апомиксиса гибридного риса была значительно ниже стандартов, необходимых для производственного применения. Для решения этой проблемы группа поставила цель «от 1 к 100» — добиться 100% эффективности клонирования и уровня завязываемости семян, сопоставимого с нормальными растениями, для однолинейной системы гибридного риса.
Ван Кэцзянь отметил, что широко применяемые в настоящее время трёхлинейная и двухлинейная системы гибридного риса из-за генетического расщепления в потомстве не позволяют использовать семена повторно, и ежегодно требуется заново проводить искусственное семеноводство с использованием мужской стерильной линии и линии-восстановителя фертильности. Основная цель однолинейной системы — с помощью апомиксиса обеспечить самовоспроизводство гибридных культур с образованием клональных семян, тем самым фиксируя гетерозис и реализуя принцип «однократная гибридизация — использование из поколения в поколение». Теоретически, для непрерывного использования гибридного риса достаточно получить всего одно гибридное семя, без необходимости ежегодного повторного семеноводства.
После нескольких лет непрерывных исследований группа успешно выявила эндогенный ген риса и назвала его «Хуасюй». Этот ген кодирует специфичный для спермиев транскрипционный фактор. Название вдохновлено древнекитайской мифологией, где Хуасюй-ши, «ступая по следу, зачала Фуси и Нюйву», что метафорически отражает биологическую особенность партеногенеза.
Исследования показали, что эктопическая экспрессия гена Хуасюй в яйцеклетках гибридного риса эффективно индуцирует партеногенез, приводя к образованию гаплоидного потомства. В сочетании со стратегией клонирования гамет (нокаут трёх ключевых генов мейоза, превращающий мейоз в митоз) были созданы несколько линий апомиксиса, достигших эффективности клонирования, близкой к 100%. На различных сортах гибридного риса, в разных поколениях, в разных популяциях растений и в условиях крупных полевых популяций эффективность клонирования стабильно сохранялась на уровне выше 99%, при этом урожайность оставалась на нормальном уровне. Это свидетельствует о том, что цель «от 1 к 100» для однолинейной системы гибридного риса в основном достигнута, и сделан ключевой шаг к реализации концепции «передачи из поколения в поколение» для однолинейной системы.
Ван Кэцзянь заявил, что этот результат решает общепризнанную мировую проблему в области селекции сельскохозяйственных культур — позволяет гибридному рису навсегда закрепить гетерозис через семена. Это может коренным образом изменить традиционную модель, при которой гибридный рис зависит от ежегодного семеноводства, и обеспечить новую технологическую поддержку глобальной продовольственной безопасности.
