番茄是我国也是世界上最重要的蔬菜作物之一，全球年总产量近2亿吨。目前在生产上使用的番茄品种主要是杂交种，因此亲本纯系的创制是其育种的关键步骤。传统方法获得番茄纯系一般需要多代自交，周期长、效率低，而单倍体育种只需通过单倍体生产和加倍两个世代即可实现纯系创制，大大加快了育种进程，是纯系快速创制的“高铁”技术和选育优良品种的加速器。
尽管科学家们一直试图在番茄等双子叶作物上建立单倍体快速育种技术体系，但迄今仍未取得突破。中国农业大学陈绍江教授团队经过长期研究，已建立起以诱导基因为基础的玉米单倍体育种高效技术体系并成功大规模应用于育种实践。如将该技术拓展至尚无有效途径获得单倍体的番茄等作物，将有助于创建跨物种的通用单倍体快速育种技术。
近日，中国农业大学领衔的国内外单倍体育种技术研究团队在植物领域知名期刊《Plant Biotechnology Journal》上发表了“In vivo maternal haploid induction in tomato”的研究成果，首次建立了番茄单倍体诱导系统，为创建单双子叶作物通用的跨物种单倍体快速育种技术体系奠定了基础。
研究团队在克隆玉米单倍体关键诱导基因ZmDMP的基础上，通过序列比对，发现ZmDMP在番茄中存在1个同源基因。实验结果表明，敲除该基因后的番茄材料在产生败育种子的同时，可以在杂交和自交后代中形成一定比例的母本单倍体，证明了番茄中SlDMP基因突变同样具备独立的单倍体诱导的能力。对杂交产生的单倍体进行的高通量测序结果表明，这些单倍体均不携带来自父本的染色体组，这说明SlDMP突变体诱导产生的是纯母本单倍体。
由于番茄种子小，单倍体鉴别较为困难，为克服这一技术瓶颈，研究团队建立了荧光快速鉴别方法，通过浸种和萌发根尖荧光的两步观察，可实现番茄单倍体的精准鉴别。借助于这一方法，以创制的番茄单倍体诱导系为父本，与36个材料杂交均能够产生母本单倍体，诱导率变幅为0.5%— 3.7%，平均诱导率为1.9%，这表明以DMP-HI系统为基础的番茄单倍体诱导体系无明显的基因型依赖性，表现出很好的通用性。同时，由于番茄具有较好的繁殖性能，有助于单倍体加倍并实现较高通量的DH纯系创制。
陈绍江指出，现有进展为攻克番茄单倍体育种的国际性难题进行了成功探索。通过番茄DMP基因单倍体诱导功能的验证，首创了番茄单倍体诱导系及其配套的诱导鉴别技术，突破了关键技术瓶颈。研究结果不仅为番茄单倍体快速育种技术研发起到奠基性的引领作用，也为在更多作物上创建通用的跨物种单倍体育种技术体系及杂种优势利用效能的提升开辟新的路径。
中国农业大学国家玉米改良中心教授陈绍江、副教授刘晨旭和瓦赫宁根大学高级研究员Kim Boutilier为本文通讯作者。中国农业大学博士后钟裕、瓦赫宁根大学博士后陈宝建、中国农业大学博士研究生王冬和中国农科院基因组所朱曦鉴为论文共同第一作者，中国农科院基因组所研究员黄三文、蔬菜花卉研究所博士张金喆参与了本研究工作。
该研究得到了国家重点研发计划、现代玉米产业体系、国家自然科学基金、中国农业大学“双一流”专项和博士后科学基金的资助。中国农业大学园艺学院教授杨文才、沈火林等对本项研究提供了支持。
