雜交水稻的培育和生產對保障我國糧食安全具有至關重要的作用。人工合成無融合生殖可以固定雜種優勢，有望徹底解決雜交水稻無法留種的世紀難題，帶來新一輪農業綠色革命。2019年， 中國水稻研究所王克劍團隊通過將有絲分裂代替減數分裂 MiMe 與單倍體誘導基因 OsMTL 結合，建立了無融合生殖體系 Fix （ Fixation of hybrids ），首次獲得了雜交水稻的克隆種子，實現了雜交水稻無融合生殖從0到1的原始突破（）。然而，第一代 Fix 體系存在克隆種子效率和結實率較低的問題，限制了其在農業生產中的應用。隨后，研究團隊對無融合生殖體系進行了持續優化。2023年，團隊發現卵細胞異位表達 OsBBM4 具備孤雌生殖能力，并將其與 MiMe 結合，構建了正常結實率的 Fix2 體系。2025年，通過將卵細胞異位表達 OsWUS 與 MiMe 結合，開發出結實率正常且效率顯著提高的 Fix3 體系。盡管Fix2和Fix3植株都實現了正常結實率，但相關體系都依賴于基因編輯和異位表達元件的轉化，目前尚未建立僅依賴基因編輯的正常結實率無融合生殖體系。

近日，中國水稻研究所水稻生物育種全國重點實驗室 王克劍團隊 與 錢前院士團隊 合作在 Science Bulletin 上發表了題為“

OsPLD

α2

-dependent synthetic apomixis enables normal seed setting in hybrid rice via genome editing

磷脂酶 D（PLD）是脂質信號傳導中負責磷脂水解的重要酶類，在植物細胞擴張和尖端生長中發揮關鍵作用。先前研究表明，玉米 ZmPLD3 基因編碼一種花粉特異性磷脂酶，該基因突變具有單倍體誘導能力。本研究鑒定了水稻中磷脂酶D家族基因 OsPLD α 2 ，發現該基因在成熟花粉中特異性高表達，其編碼蛋白主要定位在花粉胞質及花粉管中。利用CRISPR/Cas9技術在雜交水稻中對 OsPLD α2 基因進行敲除后， Os pld α2 突變體在營養期生長正常，成熟期表現為高結實，自交子代能夠誘導產生單倍體。進一步地，利用CRISPR/Cas9技術在雜交水稻中同時突變了 MiMe 相關基因（ OsOSD1 、 OsPAIR1 和 OsREC8 ）以及 OsPLD α2 ，構建了 Fix4 （ Fixation of hybrids 4 ）雜交水稻無融合生殖體系。 Fix4 植株生長正常，T 0 代和T 1 代能夠穩定誘導產生克隆種子。值得注意的是，Fix4體系的結實率與野生型相比完全正常。將克隆種子繼續種植，同樣保持了正常的結實率。

圖1 利用CRISPR/Cas9在雜交水稻中創建Fix4無融合生殖體系

綜上所述，該研究證明了僅通過基因編輯技術敲除水稻內源基因，可創建結實率完全正常的無融合生殖體系，為加速雜交水稻無融合生殖技術的生產應用提供理論支撐與創新方案。目前Fix4的克隆種子誘導效率仍較低，未來通過聚合其他單倍體誘導基因有望進一步提升誘導效率。此外，OsPLDα2同源基因在玉米、甘藍等作物中表現出功能保守性，表明其很可能在單、雙子葉作物的無融合生殖技術研究中均有應用潛力。

圖2 雜交水稻在傳統有性生殖和Fix4無融合生殖中的對比模式圖

中國水稻研究所水稻生物育種全國重點實驗室 胡風越 博士、 劉朝雷 副研究員為論文共同第一作者。中國水稻研究所 王克劍 研究員、 錢前 院士為論文共同通訊作者。 浙江師范大學 饒玉春 教授對本研究提供了重要指導。該研究獲得了國家自然科學基金、國家水稻產業體系專項基金、中國農科院科技創新工程等項目支持。

https://doi.org/10.1016/j.scib.2025.05.022