突变一个基因可产生三种倍性水稻

近日，中国水稻研究所水稻基因组编辑与无融合生殖创新团队在《新植物学家》（New Phytologist）发表了研究论文。该研究发现，水稻MTL（MATRILINEAL）基因突变除诱导单倍体外，还可通过干扰花粉发育促使未减数精细胞产生，进而与卵细胞结合形成三倍体胚，为该基因的生物学功能提供了新见解。

水稻mtl突变体单倍体、二倍体和三倍体。中国水稻所供图

MTL基因编码花粉特异性磷脂酶，该基因是玉米商业单倍体诱导系的重要遗传基础之一。同时，在水稻中敲除MTL也可产生单倍体，并已成功用于一系杂交稻的创制。然而，最新研究提示，水稻MTL基因突变可能具有更多重生物学效应。

研究发现，水稻MTL基因突变后，种子的败育率显著上升，其中一类“有胚无胚乳”（Em-en）的种子比例从野生型的0.2%大幅提高到5.0%。这类种子培养出的幼苗中，除具有5.2%—5.6%的单倍体水稻，还存在2.6%—5.6%的三倍体水稻，其余为正常二倍体水稻。

进一步机制研究显示，OsMTL突变破坏了花粉发育后期的氧化还原稳态，这种失衡一方面诱导精细胞中部分染色体片段化，介导单倍体胚和二倍体胚的产生；另一方面干扰花粉发育的有丝分裂过程（抑制姐妹染色单体分离），产生的未减数精细胞与卵细胞融合后形成了三倍体胚胎。

该研究揭示了MTL基因在水稻生殖过程中的多重生物学效应：不仅能对基因组做“减法”，还能做“加法”。更重要的是，三倍体常作为连接创制不同倍性材料的基础桥梁，该研究也为三倍体水稻的人工合成提供了新途径。

该研究获得了国家自然科学基金、国家水稻产业技术体系、浙江省自然科学基金等项目支持。中国水稻所博士后胡风越、副研究员刘朝雷为论文共同第一作者，研究员王克剑、副研究员刘朝雷为论文通讯作者。