双倍遗传：我国科学家破解甘蔗“母本恢复”百年育种谜题

IT之家 8 月 8 日消息，据新华社，福建农林大学海峡联合研究院基因组学研究中心、国家甘蔗工程技术研究中心明瑞光教授团队 8 月 5 日在《自然》发表了其最新研究成果。该研究首次从基因组、染色体与 DNA 分子多维层面，破解了困扰国际甘蔗育种界百余年的“母本恢复”细胞遗传学核心难题。当前广泛种植的现代甘蔗品种，大多源自高糖、高生物量的热带种甘蔗（母本）与抗逆性强、适应性广的野生割手密（父本）的种间杂交。这一育种体系成功的关键，在于一种被称为“母本恢复”的特殊遗传现象：母本产生的生殖细胞染色体数目未按常规减半，而是以加倍形式（2n）传给后代，父本则提供正常减数分裂形成的半套染色体（n），使得后代中母本与父本的基因组贡献比例约为 2:1。这种“母本多给一份”的方式，让后代最大程度保留了热带种甘蔗的高糖性状，又整合了野生种甘蔗的抗逆基因。早在 20 世纪初，育种家就注意到了这一现象，但其形成机制始终是个谜。研究团队首先利用长读长测序和单倍型分辨率基因组测序技术，获得了八倍体热带种甘蔗 LA Purple 和十倍体野生割手密 US56-14-4 的单倍型分辨率基因组，为每一条染色体建立了“身份档案”。随后对二者产生的 8 个 F₁杂交后代进行系统分析，发现所有后代均稳定呈现约 2:1 的母本与父本基因组比例。团队发现，母本不减数配子的形成源于“第二次分裂恢复”机制。母本配子的形成先经历正常的第一次减数分裂，同源染色体完成配对、重组和分离；随后第二次分裂发生“恢复”，一条染色体的两条姐妹染色单体没有正常分离进入两个细胞，而是共同进入同一个配子。为追踪这一过程，团队开发了适用于复杂多倍体基因组的重组断点分析新算法 KLASSIFY，在全部杂交后代中识别出两类来源于亲本染色体的重组断点。研究表明，甘蔗不减数母本配子平均保留约 62.5% 的母本遗传多样性，其中约 50% 来自第一次减数分裂后进入该细胞的基本染色体组合，另外约 12.5% 来自遗传重组交换带入的其他同源染色体片段。据此，团队将传统“2n+n”遗传模型修正为更精准的“n₁*×2+n₂”表达框架。论文共同第一作者、福建农林大学海峡联合研究院副教授朱斯慧介绍，未来研究人员有望利用这一规律，更有针对性地选择亲本、预测优良基因组合的保留与重组比率，并从大量杂交后代中更高效地筛选优良材料。该研究建立的基因组分析方法和思路，可为其他复杂多倍体植物解析不减数配子的形成机制提供新工具。8 月 6 日上午，福建农林大学在福州仓山校区举行了甘蔗母本恢复重大研究成果发布会。该论文由福建农林大学作为通讯单位主导完成，美国夏威夷农业研究中心作为合作单位参与研究。朱斯慧副教授和唐海宝教授为共同第一作者，明瑞光教授为论文通讯作者。IT之家附论文地址：https://doi.org/10.1038/s41586-026-10863-3