西北农林科技大学魏安智科研团队研究发现植物无融合生殖控制基因

无融合生殖是一种通过种子进行无性繁殖的生殖方式，研究无融合生殖生物学基础，并将其引入到主要作物中可以简化杂交种子的生产过程，提高育种效率，可大幅度降低杂交的制种风险，同时可以使原先难以大规模制种的杂交作物商业化生产成为可能，从而大幅度拓宽杂交优势的利用范围，在农业育种中具有重要的应用价值。

魏安智科研团队研究证实花椒为孢子体无融合生殖方式，发现花椒MADS-box转录因子D类家族成员ZbAGL11基因可导致拟南芥产生无融合生殖性状，且ZbAGL11过表达拟南芥可独立于受精过程而产生可育后代。

科研人员通过基因表达水平检测以及细胞学分析，发现MADS-Box转录因子家族D类成员ZbAGL11在花椒无融合生殖胚胎发生的关键表达水平显著升高。为进一步研究ZbAGL11和无融合生殖之间的关系，首先对ZB的无融合生殖类型和胚胎发育的关键时期进行了评估。通过12对多态性SSR引物的扩增产物进行荧光检测结果表明母体和后代的荧光信号一致，表明在繁殖过程中未发生性状分离。此外，胚胎组织细胞学观察花椒的胚囊发育显示花椒胚胎（2n）与珠心细胞（2n）分化形成不定胚原基，随后形成不定胚（2n），证明了花椒无融合生殖类型是孢子体无融合生殖（sporophytic apomixis）。

通过ZbAGL11基因完成了对拟南芥生殖系统的改造，表型分析发现，ZbAGL11基因可导致拟南芥萼片（第一轮）和花瓣（第二轮）萎缩，同时雄蕊（第三轮）和雌蕊（第四轮）长度显著增加。扫描电镜和花粉活力结果表明，ZbAGL11过表达导致拟南芥有性生殖紊乱，包括花药起皱，花粉变空和花粉活力下降。开花期，ZbAGL11-OE雌蕊明显长于Col-0，而在果实成熟期，其果荚长度明显短于Col-0植物。此外，去雄后的Col-0拟南芥果荚在果实发育的早期阶段便枯萎并脱落，而ZbAGL11-OE拟南芥果荚在去雄后仍能正常发育，但果荚长度明显缩短。采用流式细胞仪检测去雄后的ZbAGL11-OE拟南芥胚胎倍性（2n / n），发现ZbAGL11-OE及其后代与对照组拟南芥均为二倍体核型，进一步说明了ZbAGL11-OE产生的胚是自体细胞（2n）而非卵细胞（n）发育而来。通过花椒无融合关键基因ZbAGL11初步实现了对拟南芥从有性生殖到无融合生殖的改造。

随后在本体（花椒）中继续验证了ZbAGL11的功能，目前以获得转基因花椒植株，转ZbAGL11基因花椒叶片卷曲，植株根系发达，且能够显著提升花椒愈伤组织的诱导率。

花椒是芸香科重要经济树种之一，其果皮通常被作为调味品和中药。但是，关于花椒具有无融合生殖特性的生物学证据不明确及其分子调控机制尚不清楚。

西北农林科技大学林学院魏安智教授团队通过细胞学观察、分子标记以及倍性鉴定等手段揭示并证明花椒具有无融合生殖特性，并经一系列手段完成了对无融合生殖基因的验证并初步实现了跨物种无融合生殖特性的改造。

据魏安智教授介绍，MADS-Box转录因子家族广泛参与调控植物的生长发育，特别是对花器官发育的调控起到关键作用。“我们在基于基因表达水平的检测和细胞学分析，发现ZbAGL11是D类MADS-Box转录因子家族成员，在花椒无融合生殖胚胎发育关键阶段表达水平显著上调。此外，在研究中还发现，ZbAGL11的过表达提高了花椒离体培养的愈伤组织的诱导率。”

由于杂交种子后代会发生性状分离，无法保持其杂种优势，因此育种家必须每年花费大量的人力、物力和财力进行制种工作，农民每年也必须购买新的种子。魏安智教授告诉记者“科学家们长期认为，无融合生殖能够解决这个难题。无融合生殖是一种通过种子进行无性繁殖的生殖方式，可以随着世代更迭而不改变杂交品种的杂合基因型，从而实现杂种优势的固定，这有望给农业生产带来一次新的革命。”