文丨飛雪之靈

雜交是一項(xiàng)歷史悠久的育種活動(dòng)，能夠利用雜交優(yōu)勢(shì)獲得具有良好農(nóng)業(yè)性狀的植株。但是雜交后產(chǎn)生的F1代通常性狀良好，然而其自交產(chǎn)生的下一代則良莠不齊，究其原因，就是因?yàn)樵跍p數(shù)分裂和受精過(guò)程中，發(fā)生了性狀分離，使得雜合體的優(yōu)良性狀不能完整的遺傳給下一代。因此，對(duì)于雜交作物必須年年制種——尤其對(duì)于水稻這種自花授粉的作物來(lái)說(shuō)，制種是比較繁瑣和困難的。袁隆平的貢獻(xiàn)也正是發(fā)明了較為高效的雜交水稻制種法。

那么，有沒(méi)有可能讓雜交水稻通過(guò)克隆的方法來(lái)維持性狀呢？理論上是可行的，但是通常植物的克隆操作涉及到組織培養(yǎng)，這是一個(gè)更耗時(shí)費(fèi)力的過(guò)程，用在水稻上得不償失。最好的方式是，讓雜交水稻能自身通過(guò)無(wú)性繁殖產(chǎn)生種子，這些無(wú)性繁殖產(chǎn)生的種子，就能保持雜交水稻的性狀，并且不用費(fèi)時(shí)費(fèi)力去制種了。想法雖好，但是要實(shí)現(xiàn)必須克服兩個(gè)難題：

1 要能留種，胚是必須要發(fā)育的。然而通常情況下，胚的發(fā)育是需要受精過(guò)程的。所以必須想辦法繞過(guò)受精，讓卵在未受精狀態(tài)下就能發(fā)育。

2形成卵細(xì)胞要經(jīng)過(guò)減數(shù)分裂，而減數(shù)分裂就會(huì)造成同源基因的分離和重組。因此必須想辦法繞過(guò)減數(shù)分裂。

幸好，科學(xué)家們找到了解決的方法?？茖W(xué)家們發(fā)現(xiàn)，其實(shí)在受精后胚珠的發(fā)育，其實(shí)是依靠一個(gè)基因BBM1（baby boom1，名字很形象）的激發(fā)的。有意思的是，在花粉中BBM1是有表達(dá)活性的，而在未受精的卵細(xì)胞中BBM1則不表達(dá)。在自然條件下，花粉中的BBM1表達(dá)產(chǎn)物，在受精后會(huì)激活卵子BBM1的表達(dá)，從而開(kāi)啟胚發(fā)育的過(guò)程。可見(jiàn)，BBM1的存在，其實(shí)是植物控制“胚發(fā)育一定要在受精后進(jìn)行”的保險(xiǎn)措施。

那么這就簡(jiǎn)單了，通過(guò)轉(zhuǎn)基因以及基因編輯手段，科學(xué)家們讓卵細(xì)胞中的BBM1直接就能表達(dá)，那么這個(gè)時(shí)候，不需要受精過(guò)程的發(fā)生，卵細(xì)胞就能發(fā)育成胚——也就是幼小的植株。

不過(guò)要注意，卵細(xì)胞是單倍體細(xì)胞，即使它能夠繞過(guò)受精過(guò)程發(fā)育成胚，產(chǎn)生的植株也是單倍體，因此必須還要繞過(guò)減數(shù)分裂這個(gè)難關(guān)。好在，科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)，只要利用基因編輯技術(shù)敲除水稻中的三個(gè)減數(shù)分裂相關(guān)基因，就能讓水稻的生殖原細(xì)胞的減數(shù)分裂變成有絲分裂——這個(gè)過(guò)程被稱(chēng)為MiMe，取的是兩種分裂英文名的詞頭。通過(guò)這一過(guò)程，卵原細(xì)胞在形成卵子的時(shí)候，不會(huì)發(fā)生重組和同源染色體分離，同時(shí)維持二倍體倍性。

因此，將改變BBM1表達(dá)模式改變和MiMe技術(shù)結(jié)合起來(lái)，所產(chǎn)生帶有S-Apo（合成性單性生殖）特性的雜交水稻，就可以利用這種類(lèi)似無(wú)性繁殖的過(guò)程來(lái)產(chǎn)生種子，從而維持其雜種優(yōu)勢(shì)的特性。這一結(jié)果可以說(shuō)是科學(xué)家們追求了20多年的目標(biāo)。

---------------點(diǎn)評(píng)---------------

反轉(zhuǎn)控最?lèi)?ài)說(shuō)的一句話是：轉(zhuǎn)基因作物不能留種。但事實(shí)上，不僅轉(zhuǎn)基因作物可以留種，而且能夠幫助不能留種的雜交作物來(lái)留種?？萍嫉倪M(jìn)步不僅僅是洪流，更是一個(gè)一個(gè)的巴掌~~~

參考資料：Imtiyaz Khanday, Debra Skinner, Bing Yang, Raphael Mercier & Venkatesan Sundaresan, A male-expressed rice embryogenic trigger redirected for asexual propagation through seeds, Nature（2018）