中国农科院王克剑团队，建立水稻无融合生殖体系，克隆杂交稻种子的成果，原理是什么？

杂交稻培育的基本原理主要是利用杂种优势

杂种优势：遗传距离较远个体之间的杂种后代相对于纯合子亲本具有更高的活力。杂种优势在农业生产中得到了广泛的应用，提高了作物的产量和适应性。如杂交水稻的第一代后代（F1）表现出在生长、抗逆、产量和品质上都比其双亲都优越。但是，由于杂交F1代在基因型上是杂合子，F1杂种自交繁殖后子代会发生性状分离，不能产生与其亲本具有相同特征的后代，无法保持杂种优势，因此不能保种。

因此，杂交种子的生产对许多作物包括杂交水稻来说是非常昂贵的。育种专家必须每年花费大量的人力物力财力来进行制种；同时农民每年必须购买新的杂交种子。

无融合生殖是一种固定F1杂种优势的方法

无融合生殖是一种不需要减数分裂和受精作用产生后代的无性生殖策略。自然界中大约有400种野生植物不需要受精就能结出种子，被称为无融合生殖的过程在植物中进化了很多次，但在商业作物物种中却没有。长期以来，植物育种家和遗传学家一直在寻找另外一种可能，使高产、抗病或耐候性强的杂交作物进行无融合生殖，自我繁殖实现保种。

王克剑团队建立水稻无融合生殖体系的原理：通过F1种子进行无性系繁殖可以实现杂交水稻扩繁，通过对减数分裂相关基因REC8、PAIR1和OSD1进行多重CRISPR Cas9基因组编辑，三基因联合突变产生名为MiMe（Mitosis instead of Meiosis）的基因型，该基因型可产生无性系二倍体配子和四倍体种子。同时另外一个基因编辑参与受精作用的母系MTL基因可以诱导杂交水稻单倍体种子的形成。因此如果对杂交水稻这4个基因（REC8、PAIR1、OSD1和MTL）同时编辑，将杂合度固定和单倍体诱导相结合，可以使优质F1杂交水稻实现自交繁殖。该研究成果发表在2019年1月4日的Nature Biotechnology 。

2018年12月发表在Nature的另外一项研究成果也利用类似的策略，实现了水稻种子无性繁殖。作者发现水稻基因BBM1开启了受精卵形成胚胎的能力，如果在卵细胞中表达BBM1可以诱导水稻孤雌生殖，利用基因编辑技术以MiMe基因型结合卵细胞中表达BBM1，可以将有丝分裂替代减数分裂建立了水稻无融合生殖体系，获得保留杂交种子杂合度的克隆后代，但目前为止这一过程的效率约为30%。