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  甘蔗是全球生物量最高的C4禾本科作物，也是主要的糖料作物和生物能源作物，占全球糖产量的80%以上和生物乙醇产量的40%。现代甘蔗栽培品种是通过热带种和割手密种间杂交和回交，即甘蔗高贵化育种方法选育而成，属于高度杂合的异源多倍体和非整倍体。

  目前，甘蔗新品种选育主要通过品种间杂交，存在遗传背景复杂，基因组巨大，亲缘关系较近等问题，通过常规品种间杂交育种难以在糖分、产量和抗性上取得新的重大突破。此外，由于甘蔗生育期长、开花诱导困难、花期不遇等问题，导致依赖于异花授粉的传统杂交育种方式周期长、效率低。采用双单倍体技术，通过单倍体诱导和加倍，即可有效快速固定获得的所需性状并加快纯合植株的产生，可以加速选育进程，提高育种效率。

  单倍体育种技术作为作物快速育种的突破性关键技术之一，已在水稻、玉米、小麦等重要粮食作物中取得重大进展。开展甘蔗单倍体育种，不仅简化甘蔗基因组，还能获得纯系甘蔗，是甘蔗育种技术创新的重大突破，将打破长期以来以常规杂交育种为手段的育种方式，有望提高甘蔗选育进程和效率。然而，利用基因编辑创制甘蔗单倍体诱导系迄今仍未取得突破。

  近日，广东省科学院南繁种业研究所联合国内7家单位首次利用基因编辑创制甘蔗的单倍体诱导系，并通过体内杂交诱导甘蔗栽培品种，成功获得单倍体材料。

  该研究从甘蔗新台糖22号克隆获得单倍体关键诱导基因ScMTL，该基因在花粉中特异表达。利用CRISPR-Cas9基因编辑技术，设计了2个靶向ScMTL基因的gRNA序列（Target1和Target2），获得具有8个编辑事件的scmtl突变体，即为甘蔗诱导系T0-1。该诱导系与野生型新台糖22号相比，两者植株形态表型没有明显差异，但是诱导系T0-1花药长度更短，花粉萌发率和种子结实率显著降低。以诱导系T0-1为父本，与甘蔗品种粤糖94-128进行杂交，经流式细胞仪、染色体计数和分子标记鉴定，证实甘蔗诱导系T0-1在2次独立的杂交实验中获得3株甘蔗单倍体材料（G21-1、G23-1和G23-2），单倍体诱导率在0.59%~0.96%之间。与多倍体母本粤糖94-128植株相比，甘蔗单倍体材料表现出植株矮小、茎细、叶片短窄、花穗较短以及雄性不育等特性。研究结果还发现这3个甘蔗单倍体材料的染色体数存在差异，染色体条数为53~68。

 该研究首次成功创制了甘蔗单倍体育种技术体系，为甘蔗生物育种开辟新的路径。            甘蔗单倍体（Haploid）与多倍体（Polyploid）植株形态差异

作者：

 王勤南研究员，广东省科学院南繁种业研究所所长，国家糖料产业技术体系岗位专家、中国作物学会甘蔗专业委员会副会长。

高三基研究员，福建农林大学国家甘蔗工程技术研究中心常务副主任、国家糖料产业技术体系岗位专家、中国作物学会甘蔗专业委员会会长、国家第一批产业顾问组(龙州糖料蔗产业)组长。