武汉大学孙蒙祥组发现新的母本单倍体诱导基因ECS1/2

以下文章来源于Mol Plant植物科学 ，作者Mengxiang Sun

近日，武汉大学孙蒙祥团队在Molecular Plant期刊在线发表了题为“A Female in vivo Haploid-Induction System via Mutagenesis of Egg Cell-Specific Peptidases”的论文。

https://doi.org/10.1016/j.molp.2023.01.001

研究报道了新的母本单倍体诱导基因ECS1/2（egg cell-specific aspartic endopeptidases）在拟南芥和水稻中应用。该研究为单倍体诱导（Haploid-induction, HI）和植物受精等研究提供了新的认识、也为提升作物育种效率提供了新的思路和方法。

图1 拟南芥ecs1 ecs2诱导产生单倍体

2021年，该团队在Nature报道了卵细胞特异表达的ECS1/2调控植物防止多花粉管进入胚囊的分子机制 （doi：10.1038/s41586-021-03387-5）。在本研究中，该团队发现ecs1 ecs2双突自交后代中存在少数生长弱、花型小、育性缺失等表型，通过流式细胞仪和染色体展示等技术确认了这些植株为单倍体 （图1）。通过正、反交发现ecs1 ecs2双突植株是一个母本单倍体诱导系。进一步，以ecs1 ecs2/Col-0作为母本，Ler生态型为父本进行杂交获得单倍体后代，通过基因组重测序和SNP分析确认其为母本单倍体诱导效应基因。通过荧光分子标记和细胞学详细观察发现ecs1 ecs2卵细胞存在半受精现象（semigamy），即精细胞核进入卵细胞后不发生核融合，但可以启动卵细胞分裂。因此，推测半受精可能是诱导单倍体的原因。更重要的是，在单子叶作物水稻中利用CRISPR/Cas9系统敲除OsECS基因，Osecs纯合突变体自交后代中也发现有单倍体植株（图2），表明ECS-HI系统在双子叶和单子叶植物中都有类似功能。且利用该系统通过自交和杂交都可诱导单倍体后代。该发现不仅为现代植物育种提供了新思路和新方法，也为植物受精的调控机制研究提供了新的切入点。

图2. 水稻Osecs诱导产生单倍体

武汉大学生命科学学院/杂交水稻全国重点实验室孙蒙祥教授为该论文通讯作者，该团队博士后张雪成和史册为共同第一作者，该团队彭雄波、赵鹏教授，湖北大学罗盼，以及德国Regensburg大学的Thomas Dresselhaus教授参与了该研究。该研究获得国家自然科学基金重点项目、湖北省洪山实验室重点项目、杂交水稻全国重点实验室（武汉大学）以及博士后基金等资助。

转自：“iPlants”微信公众号

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