在德国科隆马克斯·普朗克植物育种研究所的查尔斯·安德伍德领导的《自然遗传学》杂志上发表的一项新研究中，科学家们建立了一个在番茄植株中生成克隆性细胞的系统，并用它们来设计后代的基因组。
来自一个亲本的克隆卵子与来自另一个亲本的克隆精子的受精产生了含有父母双方完整遗传信息的植物。
杂交种子结合了两种具有特定有利性状的不同亲本系，在农业中很受欢迎，因为它们能产生健壮的作物，提高生产力，并已被农民使用了一百多年。
杂种性能的提高通常被称为杂种优势或杂种优势，并且已在许多不同的植物(和动物)物种中观察到。然而，由于遗传信息的分离，杂种优势效应在这些杂种的后代中不再持续存在。
因此，每年都需要生产新的杂交种子，这是一项劳动密集型且昂贵的工作，并不适合每种作物。那么，如何将杂交植物基因中编码的有益性状传递给下一代呢?
通常，我们的遗传物质在减数分裂期间经历重新洗牌——减数分裂是所有有性生殖生物体中发生的关键细胞分裂。这种由于染色体随机分离和减数分裂重组而产生的重组对于在自然群体中产生新颖且有益的遗传配置非常重要。和育种过程中
然而，在植物育种方面，一旦你有了一个很好的组合，你就想保留它，而不是因为再次重组基因而失去它。拥有一个绕过减数分裂并产生与父母遗传相同的性细胞(卵子和精子)的系统可能有多种应用。
在这项研究中，安德伍德和他的团队建立了一个系统，在最受欢迎的蔬菜作物栽培番茄中，他们用有丝分裂(一种简单的细胞分裂)取代减数分裂。在所谓的MiMe系统(有丝分裂而不是减数分裂)中，细胞分裂模仿有丝分裂，从而避开基因重组和分离，并产生与亲本植物完全相同的克隆的性细胞。
MiMe系统的概念之前是由马克斯·普朗克植物育种研究所所长RaphaelMercier在拟南芥和水稻中建立的。这项新研究的一个突破性方面是，研究人员首次利用克隆性细胞通过他们称之为“多倍体基因组设计”的过程来改造后代。
多倍体基因组设计
通常，性细胞具有减半的染色体组(在人类中，46条染色体减少到23条;在番茄中，24条染色体减少到12条)，而MiMe性细胞是克隆性的，因此不会发生染色体组减半的情况。
安德伍德和他的团队进行了杂交，这意味着一株MiMe番茄植株的克隆卵子与另一株MiMe番茄植株的克隆精子受精。由此产生的番茄植株包含父母双方的完整遗传库，因此由48条染色体组成。
因此，来自两个杂交亲本的所有有利特征都通过设计整合在一种新型番茄植株中。由于西红柿和马铃薯之间的密切遗传关系，安德伍德周围的团队相信，本研究中描述的系统可以很容易地应用于马铃薯(世界第五大最有价值的农作物)以及潜在的其他农作物品种。
鉴于人口数量不断增加和气候变化，开发高产、可持续和稳定的品种对于确保世界长期粮食供应至关重要。因此，培育具有较高抗病性和胁迫耐受性的植物至关重要。植物繁殖技术的创新方法至关重要。
创新种子生产技术
MiMe系统及其在多倍体基因组工程中的应用可能是解决当今农业挑战的一种有前途的途径。
“我们对使用克隆性细胞进行多倍体基因组设计的可能性感到非常兴奋。我们相信，这将使育种者能够以受控的方式进一步开发杂种优势——多倍体中发现的渐进杂种优势，”安德伍德说。
“我们建立的番茄MiMe系统将来也可以用作克隆种子生产(合成无融合生殖)的组成部分。这可以大大降低生产杂交种子的成本，”王亚中补充道。