基因编辑技术之“速”力量：让单倍体育种技术迭代升级

      作物品种改良主要得益于育种过程带来的遗传获得。传统育种技术受制于表型观察准确性和遗传累赘效应等影响，其育种目标随机且费时费力，需要多个世代的自交才能获得性状稳定的品种。因此，生产上迫切需要高效、快速、精准改良作物性状的技术来加速作物的育种进程。

      单倍体诱导（haploid induction, HI）技术可在短时间内将作物的基因型固定下来，该技术先后突破高效诱导、精准鉴别和高效加倍三大关键技术环节，已成为作物育种中的核心技术。

      近年来，以CRISPR/Cas9为代表的基因组编辑技术与单倍体技术的高度融合，在玉米、小麦、水稻、大麦等农作物中都精准创制出优良的单倍体诱导系，并在短时间内（两个世代）获得不同遗传背景的纯合自交系，极大地提升了农作物育种精准化、高效化和规模化的转型升级，成为生物育种技术发展的新引擎。

      目前大多数作物，特别是商业化品种的遗传转化效率很低，基因编辑通常是先在一个易转化的品种中编辑目标基因，再通过多年（3~5年以上）的杂交和多世代回交转入到商业化品种中，大大限制了基因编辑技术在育种中的应用。

      中国农业科学院生物技术研究所研发出IMGE （Haploid Inducer-mediated Genome Editing）技术，将CRISPR/Cas9技术与单倍体诱导、常规杂交巧妙地结合起来，在两个世代内创造出了多种优良双单倍体纯系。该技术不仅突破了基因编辑技术对遗传转化材料的基因型依赖性，还能对不同的商业化玉米品种实施基因编辑，快速创制出不同遗传背景的玉米双单倍体纯系，大大加速了作物育种的进程。

      先正达公司开发出类似的单倍体诱导编辑（haploid induction HI-Edit）技术，可对栽培品种进行直接改良。他们运用HI-Edit技术创建了带有特异性状标记的ZmMATL敲除的单倍体株系，该单倍体株系与不同优良自交系产生的杂交后代的田间产量显著增加。此外，HI-Edit技术和CENH3系统结合可以用于双子叶植物的改良。更让人兴奋的是，将携带有Cas9-TaGT1s 的转基因玉米的花粉与小麦品种进行远源杂交，成功获得经基因编辑改良的小麦单倍体植株。这些研究表明，HI-Edit技术突破现有基因编辑体系受物种和基因型的限制，能在商业化的优势品种中应用，而且HI-Edit系统与属间杂交技术巧妙结合，有望实现远缘杂交改良目标作物，具有广阔的应用前景。

      IMGE或HI-Edit技术的育种流程

      （https://cn.agropages.com/News/NewsDetail---18262.htm）

      随着多基因编辑、单碱基编辑、基因替换、基因敲入技术等的发展和荧光蛋白可视化等单倍体诱导系的开发，IMGE或HI-edit技术将大大提升智能设计育种的效率和便捷性。特别是IMGE或HI-edit技术与无融合生殖技术融合，实现杂种优势的快速固定，将会大大提升不同农作物智能设计育种的进程和效率。（光明网基因科普团队）