克隆效率超99%且结实率接近正常的无融合生殖杂交水稻
Fixing Hybrid Rice: >99% Efficient Apomixis with Near-Normal Seed Set
陈文强 1刘朝雷 1鲁宏伟 1杨深琳 1马金鑫 1黄勇 1熊杰 2黄得润 1陶之欢 1林建荣 1王克剑1
作者信息
- 1. 水稻生物育种全国重点实验室，中国水稻研究所，杭州310006，中国。
- 2. 中国农业科学院国家南繁研究院，三亚，572025中国。;水稻生物育种全国重点实验室，中国水稻研究所，杭州310006，中国。
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摘要
无融合生殖作为一种通过克隆种子实现繁殖的特殊生殖方式，能够将杂种优势及优良杂合基因型在后代中稳定遗传，从而为农作物育种和农业生产提供一种具有革命性潜力的技术路径。然而，当前构建的合成无融合生殖系统在实际应用中仍面临诸多挑战，主要表现为克隆效率偏低或不稳定，以及结实率显著下降等问题，严重制约了其农业推广价值。本研究结合转录组学分析方法，在水稻中鉴定出一个特异性表达于精细胞、可能在合子激活过程中发挥关键“开关”作用的转录因子。进一步研究表明，将该转录因子在卵细胞中进行异位表达，可高效诱导孤雌生殖，并产生单倍体后代。当该策略与克隆配子技术相耦合时，构建的无融合生殖体系实现了接近完全的克隆种子繁殖——所有获得的无融合生殖杂交水稻株系所产生的克隆种子效率均超过99%。尤为重要的是，我们成功培育出结实率与相应F1代杂交稻相当，且克隆效率超99%的无融合生殖株系，且该优良性状可在连续多代中稳定维持。上述成果不仅挖掘了新的可高效诱导孤雌生殖的内源基因，更建立了一个高效、稳定、具备规模化应用潜力的无融合生殖技术平台，为实现杂种优势的长期固定提供了切实可行的解决方案，也为未来杂交作物通过“自繁种”方式进行商业化种植开辟了全新的技术路径。关键词
Abstract
Apomixis, a form of clonal seed reproduction, offers a transformative approach to agriculture by enabling the stable fixation of hybrid vigor and elite heterozygosity across generations. However, the practical implementation of synthetic apomixis has been hindered by highly variable clonal efficiency or significant yield penalties. In this study, through integrated transcriptomic analyses, we identified a sperm-specific transcription factor in rice that likely functions as a key initiator of embryogenesis. Ectopic expression of this factor in egg cells effectively induces parthenogenesis and produces haploid progeny. When combined with clonal gametogenesis, this system achieved nearly complete synthetic apomixis, with clonal seed production rates exceeding 99% across all derived hybrid rice lines. Moreover, we generated apomictic hybrid lines that not only consistently produced over 99% clonal seeds but also exhibited seed yields comparable to conventional F1 hybrids, with stable performance across diverse growing seasons and agronomic environments. These findings establish a scalable and agriculturally viable platform for synthetic apomixis, achieving stable fixation of heterosis through clonal seeds and paving the way for the commercial deployment of self-perpetuating hybrid crops.关键词
无融合生殖/克隆种子/孤雌生殖/单倍体/杂种优势/水稻Key words
Apomixis/Clonal seed/Parthenogenesis/Haploid/Heterosis/Rice引用本文复制引用
陈文强,刘朝雷,鲁宏伟,杨深琳,马金鑫,黄勇,熊杰,黄得润,陶之欢,林建荣,王克剑.克隆效率超99%且结实率接近正常的无融合生殖杂交水稻[EB/OL].(2025-10-16)[2026-04-03].https://chinaxiv.org/abs/202510.00104.学科分类
农业科学研究/生物科学研究方法、生物科学研究技术/遗传学/植物学/分子生物学
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