水稻是世界上一半以上人口的主要粮食作物，但大多数农民不种植高产品种，因为种子太贵了。来自加州大学戴维斯分校和伯克利分校的研究人员已经发现了一个潜在的解决方案：激活水稻卵细胞中的两个基因，使其在不需要受精的情况下发育成胚胎，这将有效地产生高产的clo水稻和其他作物的Nal品系。
加州大学戴维斯分校植物生物学和植物科学系的杰出教授Venkatesan Sundaresan领导的一个研究小组此前表明，水稻卵细胞中一种名为BBM1的基因可以开启受精卵形成胚胎的能力。然而，这种方法只在30%的情况下有效。现在，通过与加州大学伯克利分校创新基因组研究所的研究人员合作，该团队已经证明，同时激活第二个基因WOX9A，可以将成功率提高到90%左右。这一发现发表在《自然植物》杂志上。
桑达雷桑说：“在经历了20年无性繁殖杂交的失败努力之后，最近取得了如此多的进展——从2019年证明这实际上是可能的，到2024年表明它可以有效地工作，这是值得注意的。”“我现在非常乐观，杂交作物将不再是在世界各地实现可持续农业高产的障碍。”
杂交水稻是由两种纯种水稻杂交而成，其产量几乎是纯种水稻的两倍，但生产它们的成本很高，而且需要农民每年购买新的种子。如果杂交植物可以无性繁殖，农民就可以将种子保存到下一年。如何设计无性繁殖水稻一直是科学家们30多年来一直试图解决的难题。
Sundaresan的研究小组先前表明，BBM1是植物胚胎发育的重要触发因素，激活卵子中的该基因可以超越受精的需要。
Sundaresan说：“在卵细胞中人工开启BBM1足以启动胚胎发生并产生新植物，但这个过程只在三分之一的时间内有效。”“我们想知道的一件事是，也许BBM1还不够；也许它需要帮助。”
通过检查植物受精卵中哪些基因被激活，研究人员发现了一种名为WOX9A的基因，该基因只有精子携带的拷贝才会被表达。当他们同时激活水稻卵细胞中的BBM1和WOX9A时，90%的情况下胚胎形成，尽管单独激活WOX9A不会导致胚胎形成。
Sundaresan说：“我们认为BBM1打开了一个开关，使卵细胞转变为胚胎，但这个开关并不是固定的。”“所以，然后WOX9A进来，夹住开关，这样它就不会翻转回来。”
因为它们来自未受精卵，通过这种方法产生的植物是单倍体，这意味着它们含有通常数量的一半染色体。虽然单倍体水稻确实发芽和生长，但与携带两个基因副本的二倍体植物相比，它们往往发育迟缓。
加州大学戴维斯分校农业与环境科学学院植物科学系助理教授、通讯作者Imtiyaz Khanday说：“单倍体是植物育种中生产纯种系的宝贵工具，它可以实现均匀的作物产量。”“这些发现也对高频率生产无性系种子具有重要意义，这些无性系种子保留了杂交活力的好处。”
研究人员说，下一步是将这种激活BBM1和WOX9A的方法与“合成无融合”相结合，这是他们之前为无性繁殖无性系种子而开发的一种技术。这将意味着农民可以年复一年地从杂交活力中获益，只需节省一些收成，以便来年种植。
Sundaresan说：“如果我们将这种使卵细胞在不受精的情况下变成胚胎的技巧与另一种消除减数分裂的技术结合起来，我们就能有效地生产出高产的杂交种子。”“在一个资源越来越有限的世界里，它为种植水稻的农民提供了一条可持续农业的道路，未来也为其他作物提供了一条道路。”
