水稻种子无性繁殖的大门

说到水稻，也许很多人会想到袁隆平和他的杂交水稻。一般认为，袁隆平是第一个成功改变水稻自花授粉特性并带来大规模杂交水稻生产的科学家。他带来的优良杂交水稻产量比最好的自交品种高出20%。他的成功是一个奇迹，为全球粮食短缺带来了一个重要的解决方案。袁隆平本人也被称为“杂交水稻之父”。

虽然杂交水稻具有优良的性状，但在育种和种植上并不像普通水稻那样简单，这是很多杂交作物的通病。在有性繁殖过程中，产量高和其他优良性状的遗传物质会被分离出来。这样，杂交作物的后代往往不能保持同样的优良性状。所以农艺师每年都要重新育种，种植杂交作物的农民每年也需要购买新的种子。

此前，科学家发现约400种植物具有特殊的“无性繁殖”能力。它们可以产生不需要受精就能繁殖后代的种子。在不考虑突变的情况下，这种繁殖方式产生的后代与其父母具有相同的遗传物质。如果水稻种子也可以实现无性繁殖，保持杂交水稻的高产性状不是很容易吗？

为了实现这一技术突破，来自加州大学戴维斯分校的一个研究小组首先想知道在植物发育过程中，受精卵渴望成为胚胎的背后有哪些分子生物学途径。他们发现，在水稻中，有一个基因家族叫做婴儿潮(BBM)。其中有一个BBM1基因只在精子中表达。精子与卵子结合后，受精卵中BBM1的活性主要来源于精子的贡献。

科学家们热衷于指出，BBM1可能是启动胚胎发育的“开关”。为了验证这一想法，他们敲除了BBM1、BBM2和BBM3基因，以观察胚胎发育中是否会有任何变化。果然，在几个BBM基因失去功能后，水稻的胚胎发育也终止了。

更重要的是，在这个三重突变体中引入BBM1基因，可以重启胚胎发育过程。

我们来梳理一下科学家的发现：在受精卵中，有植物发育所需的完整基因组。只要提供了BBM1基因，受精卵就可以变成胚胎，开始后续的发育过程。

这打开了水稻种子无性繁殖的大门。

有创意的研究人员利用基因编辑去除了水稻的“减数分裂”能力。这样，它们产生的卵子只会进行有丝分裂，仍然携带所有的染色体。然后，研究人员让这些卵子表达BBM1。正如他们所料，这些卵子无需受精就能成为胚胎。

这样做的好处是产生优良性状的遗传物质不会被分离，所以性状更难丢失。

"我们有一个二倍体卵细胞，它可以形成胚胎并发育成克隆体."这项研究的通讯记者文卡特桑桑德雷桑教授说。

这些无性系能保持杂交水稻的优良性状吗？在一项实验中，研究人员利用这项技术培育了几代水稻。通过全基因组测序和随机SNP验证，科学家证实这些后代具有预期的遗传多样性，这表明通过该技术可以无性繁殖杂交水稻。

曾几何时，主要农作物种子的无性繁殖被视为农业中的一个圣杯。现在，这个困难已经被科学家们克服了。正如Sundaresan教授所说，这项工作“有望给农业带来改变”。预计到2050年，地球总人口将接近100亿。为了填饱这么多人的肚子，期待未来有更多重磅的农业突破。

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