Plant Biotechnol. J|农学院甘薯研究团队高少培课题组在甘薯中实现单倍体诱导

甘薯（Ipomoea batatas）作为兼具粮食安全保障、营养健康促进和工业原料供给三重功能的作物，在全球农业生态系统中占据不可替代的战略地位。其块根器官富含淀粉、膳食纤维及多种维生素矿物质复合体，在改善膳食营养结构方面具有显著功效；茎叶生物质兼具高蛋白饲料原料和新型功能蔬菜双重开发价值，既为畜牧业提供优质饲源，又可拓展人类膳食多样性。在工业应用维度，甘薯淀粉因其独特的理化特性，已成为生物乙醇制备、食品添加剂合成及可降解材料开发的核心原料。然而，甘薯的遗传改良面临诸多挑战。作为六倍体无性繁殖作物，其基因组高度杂合，导致传统杂交育种存在性状分离不可控、优良基因聚合效率低下等技术瓶颈。与传统育种相比，单倍体技术可避免多代自交的繁琐过程，加速隐性优良性状的固定，为甘薯的遗传改良提供了一条高效、精准的新途径。因此，发展适用于甘薯的单倍体诱导技术，不仅能够突破其遗传育种的固有障碍，大幅提升育种效率，还能为甘薯功能基因组学研究提供理想的实验材料，推动分子育种技术的应用。

近日，中国农业大学农学院农业农村部甘薯生物学与生物技术重点实验室研究团队在Plant Biotechnology Journal发表了题为“Haploid induction in sweet potato by activating the AP2/ERF family transcription factor IbBBM”的论文。该研究通过激活甘薯的孤雌生殖基因BABY BOOM (BBM)，在甘薯中成功诱导出单倍体植株，填补了此前从未实现人工诱导甘薯单倍体的技术空白，为甘薯高效育种和遗传研究提供了重要工具。

前人的研究表明人工诱导孤雌生殖可以获得单倍体进而加倍得到纯合体。研究团队首先通过系统发育进化分析，在甘薯基因组中筛选到了孤雌生殖候选基因IbBBM，该基因与双子叶模式植物拟南芥的AtBBM基因以及甘蓝型油菜的BnBBMs基因高度同源。进一步，研究人员构建了适用于甘薯的CRISPRa激活基因表达调控系统CRISPR-dCas9-6×TAL-2×VP64。该系统能够特异性地靶向激活甘薯中的IbBBM基因。通过农杆菌介导的甘薯遗传转化，研究人员在甘薯品种“徐薯27”中实现了IbBBM的激活表达。与野生型（WT）相比，IbBBM-CRISPRa株系在开花时间、藤蔓长度和茎基部粗度等农艺性状上未表现出显著的差异，但产生了更多的种子。从中鉴定出两株单倍体后代，单倍体诱导率高达7.1%。单倍体植株的保卫细胞尺寸明显变小。流式细胞术检测结果证实其基因组为野生型植株的一半，且单倍体表型特征与栽培种对照差异显著。本研究首次实现了甘薯人工单倍体诱导，更为重要的是为多倍体作物和无性繁殖作物的单倍体育种提供了有益参考。未来，该技术有望与分子设计育种、基因编辑和快速纯合化技术相结合，加速优良品种的创制。

图1靶向激活IbBBM引起体内单倍体诱导的模式图

中国农业大学农学院在读博士研究生宋文鹏和朱奕璇为该论文的共同第一作者，高少培副教授为该论文的通讯作者。在读硕士研究生郑钧瑶参加了该研究工作。刘庆昌教授、翟红教授、何绍贞教授、张欢副教授、赵宁高级实验师为该工作提供了指导和大力支持。该研究得到国家甘薯产业技术体系（CARS-10- Sweetpotato）、北京市粮食作物创新团队（BAIC02-2025）及中国农业大学“2115人才计划”的资助。

论文链接 https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/pbi.70137