Plant Journal | 加速玉米育种！中国农业大学陈绍江教授/中国农科院陈茹梅研究员合作开发玉米单倍体识别系统

与传统育种技术相比，单倍体加倍（DH）技术可以更高效地产生纯系。结合基因编辑技术，育种家可以更快地改良性状，然而一般诱导杂交仅产生约10%的单倍体，快速准确地筛选单倍体对于加倍技术至关重要。

2022年7月6日，中国农业大学陈绍江教授与中国农科院陈茹梅研究院在The Plant Journal合作发表了题为“Co-expression of transcription factors ZmC1 and ZmR2 establishes an efficient and accurate haploid embryo identification system in maize”的研究论文，利用优化的花青素标记物开发出快速准确识别单倍体的MAGIC系统，加速了玉米单倍体育种进程。

作者对现有的玉米单倍体识别系统（R1-nj marker）进行评估发现，R1-nj的效率受遗传背景和环境因素的影响较大，识别准确率在62%到90%之间（图1），不利于大规模单倍体筛选，增加了后续育种工作的负担。为了开发更稳定、快速、高效的单倍体识别系统，作者希望利用其他花青素生物合成基因或调控基因改进R1-nj标记。

作者前期研究表明玉米种子中的花青素生物合成途径可以通过转录因子ZmC1、ZmR2、ZmBz1和ZmBz2的共表达来激活，可以产生“紫胚玉米”，ZmC1和ZmR2共表达甚至可以产生紫色愈伤。作者利用基因枪技术将ZmC1和ZmR2表达载体轰入无果皮的玉米胚和胚乳中，发现只有共转ZmC1和ZmR2才能在胚和籽粒糊粉层看到花青素（图2）。作者将转基因株系与14个自交系杂交发现后代全部积累了花青素，表明其在不同背景下具有强大的稳定性，这种花青素积累可以作为单倍体识别系统中快速准确且稳定的视觉标记。

为了转基因株系中的ZmC1和ZmR2载体（pBD-C1R2）引入单倍体诱导系CAU6，以CAU6为轮回亲本与转基因株系LX59-1进行回交，再进行四代自交，结合花青素积累表型与分子标记筛选，作者获得了稳定的单倍体诱导系MAGIC1。随后利用B73与郑单958评估了MAGIC1与CAU6系统，发现MAGIC1提高了单倍体识别率而不降低单倍体诱导率，且在不同遗传背景和环境下更稳定。

然而，美中不足是的MAGIC1产生的紫色胚籽粒发芽率较低，为了解决这个问题，作者利用胚胎特异性和种子特异性双向启动子共表达了ZmC1和ZmR2，最终产生了比MAGIC1单倍体识别效率更高，发芽率更高的MAGIC2。

ACKNOWLEDGEMENTS 

We would like to thank Dr. Yuandong Wang (Beijing Academy of Agriculture &Forestry Sciences) for kindly providing some inbred lines and hybrid seeds. We thank Dr. Xiaohong Yang (China Agricultural University) for her helpful suggestions on this project. We appreciate Dr. Yue Jiao (Development Center of Science and Technology,MARA) and Yidan Chen for their constructive comments for manuscript revise. We thank Qinnan Wang, Hailong Chang (Guangzhou Sugarcane Industry Research Institute) and Sanya Research Institute, China Agricultural University for their providing laboratory space for in vitro culture. This work was supported by the China Agriculture Research System (CARS-02), National Special Program for GMO Development of China (2016ZX08003-002) and 2020 Research Program of Sanya Yazhou Bay Science and Technology City (SKJC-2020-02-03) and Beijing Postdoctoral Sustentation Fund (2022-020)

文章链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/tpj.15888

转自：植物科学SCI

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