中国农业大学园艺学院任华中、刘兴旺团队发现单倍体育种新靶点 黄瓜育种效率有望跃升

近日，Journal of Integrative Plant Biology在线发表中国农业大学任华中、刘兴旺团队研究论文Editing CsPOD7 triggers in vivo maternal haploid induction in cucumber。该研究首次在双子叶植物黄瓜中证实，编辑ZmPOD65的同源基因CsPOD7能够诱导体内母本单倍体，该结果为单倍体育种提供了不依赖于DMP的新策略。

种子被誉为农业的“芯片”，种业是国家战略性、基础性核心产业。在全球粮食安全压力日益严峻的背景下，提升育种效率、加速优良品种选育已成为各国农业科技竞争的焦点。传统的杂交育种方法通常需要6至8代自交才能获得遗传稳定的纯系材料，育种周期漫长、效率低下，难以满足现代农业对快速响应市场需求、应对气候变化挑战的迫切要求。

单倍体育种技术的出现为这一困境带来了革命性的解决方案。该技术通过诱导产生单倍体植株并使其染色体加倍，仅需1至2个世代即可获得完全纯合的双单倍体系，将育种周期缩短至传统方法的1/4甚至更短。这一技术突破不仅大幅提升了育种效率，更为加速种质资源创新、缩短品种更新换代周期提供了关键技术支撑。因此，单倍体育种技术被誉为现代育种的”加速器”，在水稻、玉米、小麦等主要粮食作物的品种改良中发挥了重要作用。

然而，在双子叶植物尤其是蔬菜作物中，高效单倍体诱导体系的建立仍面临诸多瓶颈。目前，DMP同源基因介导的母本单倍体诱导已在多种双子叶植物中取得成功，但单一的诱导策略难以满足多样化的育种需求，寻找新的单倍体诱导靶标基因成为该领域的研究热点。玉米中ZmPOD65基因突变能够诱导体内母本单倍体的发现，为单倍体育种开辟了新方向，但其同源基因在双子叶植物中是否具有同样的功能，一直未有定论。这一关键科学问题的解答，将直接关系到单倍体育种技术能否在更广泛的作物种类中推广应用。

该团队发现，黄瓜中ZmPOD65的同源基因CsPOD7在花药中特异性高表达。利用CRISPR/Cas9技术编辑该基因后，可导致其突变体的花粉萌发率下降约36%，饱满种子比例显著降低，而败育种子比例则显著提高（图D–F），呈现出典型的单倍体诱导株系特征。更重要的是，在Cspod7突变体自交后代中，成功获得了单倍体植株（图I）；而以该突变体为父本与多个不同遗传背景的黄瓜品种杂交，均可稳定诱导产生母本单倍体，平均诱导率约为0.16%–0.2%（图I）。

该研究首次证明，在双子叶植物黄瓜中编辑CsPOD7基因可体内诱导母本单倍体。这一发现不仅为黄瓜单倍体育种提供了新工具，也为其他双子叶作物的单倍体育种开辟了不依赖于DMP的新途径。据此，未来有望通过多基因敲除策略进一步提高黄瓜等双子叶植物的诱导效率。

中国农业大学园艺学院博士生李森, 已毕业博士生尹帅为该论文的共同第一作者。中国农业大学刘兴旺副教授和任华中教授为论文的共同通讯作者。该研究得到了国家自然科学基因（32573049, 3202013014）、中国农业大学2115人才发展计划、中国农业大学111项目的资助。

任华中、刘兴旺课题组长期从黄瓜遗传改良与分子调控研究，取得了一系列重要研究进展，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等国际主流学术期刊发表论文40余篇。