NTT公司与东京都立大学研究生院理学研究科的冈本龙史教授组成的联合研究团队，以三大谷物之一的水稻为对象，在全球首次确立了同时杂交4个品种的技术，实现了既往方法难以达成的一次性组合4个品种特性的水稻培育。相关成果8月20日发表于英国科学期刊《New Phytologist》。
图1 研究概要图（供图：NTT・东京都立大学）
NTT在兼顾零环境负荷与经济增长的环境能源愿景“NTT Green Innovation toward 2040”框架下，正在持续推进有助于实现低环境负荷农业的植物育种技术。作为其中一环，与东京都立大学的联合研究团队正在研发植物育种技术，致力于培育产量高，功能性优异，同时具备CO₂吸收能力高、化学肥料和农药需求量少的农作物。
在植物育种领域，通过人工授粉等方式组合两个不同品种的杂交技术，以及通过药剂处理等手段增加基因组套数的多倍化技术，一直被视为重要手段。
然而，这些既往方法都存在缺陷。常规杂交基本上一次只能对两个亲本进行杂交。因此，通过单一物种内杂交得到的子代拥有与亲本相同数量的基因组，无法获得多倍化带来的优势。此外，药剂处理等方式实现的多倍化仅扩增单一品种的基因组，无法获得依靠不同亲本来源基因组组合所带来的杂交优势。
但换个角度思考，如果能够实现“在整合多个亲本来源基因组的同时完成多倍化”，便可同时兼具杂交与多倍化两项技术的优势，有望将其作为一种新的育种方法加以应用，从而培育具备前所未有的优良特性的农作物。
基于这一思路，联合研究团队此次利用将植物中分离出的卵细胞与精细胞融合的显微授精法（IVF法），在全球首次成功实现了既往方法难以做到的伴随4个品种杂交的多倍化。
通过IVF法制备出受精卵，经过培养获得植物体的方法，已在三大谷物水稻、小麦、玉米中确立。重要的是IVF法能够灵活设计融合的卵细胞、精细胞的数量与组合这一点。
本次研究中以水稻为模型案例，通过应用IVF法，制作出融合了4个亲本品种（二倍体的粳稻型日本晴和台中65号、aus型（南亚稻亚群）卡萨拉斯、籼稻型IR26）来源的卵细胞与精细胞的受精卵。
此外，通过培养该受精卵，研究人员成功培育出同时拥有4个亲本来源基因组且基因组套数增至通常2倍的4倍体杂种水稻（Quad）。
对培育得到的Quad品系进行评估后发现，该品系表现出与亲本品种差异显著的性状。其长势旺盛，成熟期的株高与剑叶长度达到4个亲本品种中最优品种的同等水平，甚至超过该品种。
此外，种子的长、宽、厚度均超过所有亲本品种，十粒糙米重量达到4个亲本品种平均值的约1.7倍。即便与以日本晴、卡萨拉斯两个品种作为亲本培育得到的4倍体杂种相比，Quad的十粒糙米重量也明显更高，这表明通过4倍体化技术，有望实现比既往方法丰产性更优异的水稻培育。
值得特别指出的是，仅以日本晴作为亲本品种培育得到的4倍体植株几乎无法结实，而Quad则和各个亲本品种一样能够大量结籽。这一结果表明，通过组合多个不同基因组获得的Quad多倍体，能够克服单一水稻品种多倍化所产生的稔性（植物正常形成花粉与种子、繁衍后代的能力）下降问题。
研究团队后续将对培育的水稻多亲杂种，详细解析其丰产性、环境胁迫耐受性以及品质相关性状，在阐明多亲杂种化对作物产量、食味与功能性所产生影响的同时，力争验证其作为实用品种的应用价值。
本次研究确立的技术不仅适用于水稻，还有望应用于已确立IVF法的其他植物物种，因此，研究团队后续将推进适用于各类植物物种的IVF体系构建以及可优化杂交品种组合的技术开发，以此实现该技术适用范围的拓宽与效果的最大化。
原文：《科学新闻》
翻译：JST客观日本编辑部
【论文信息】
期刊：New Phytologist
论文：Instant generation of four-parent-derived autotetraploid rice through an in vitro fertilisation system
DOI：doi.org/10.1111/nph.71493
