在过去的几十年中，作物杂交技术极大地提高了全球产量。但是，设计和维护混合生产线一直很复杂且费力。现在，中国的研究人员已经开发出一种新系统，将CRISPR介导的基因组编辑与其他方法相结合，与传统的杂交方法相比可以产生更好的种子，并将生产时间缩短5至10年。该研究发表在7月8日的《分子植物》杂志上。

在农作物生产中，杂种优于纯种。与亲本相比，杂交两个遗传距离远的植物品种通常会产生具有优良性状的后代。后代往往具有更高的产量和更好的抗病能力。这种现象称为杂种优势或杂种优势。

中国农业科学院的资深作者谢传晓说：“但是目前的混合方法非常耗时且麻烦。”

例如，产生杂种的第一步是寻找或产生带有突变的亲本植物，以使其不产生可行的花粉。这是为了避免自交，并确保大多数亲本植物都可以通过不同的品种施肥。但是子代需要肥沃，以便能够自我杂交以产生更多的自身和用作亲本的植物。科学家将使这种不育植物与另一种具有遗传育性的植物杂交，以恢复该植物的无菌性并制作杂交种子。建立这样的生产周期对于在田间建立高效的种子生产线至关重要。

这些方法对植物的基因型有非常特殊的要求，建立稳定的不育和可育品种可能需要数年时间。

谢说：“这些局限性限制了它们在商业农业中的广泛应用。” “但是我们使用CRISPR / Cas9的新系统可以显着简化流程。现在，只需一次转换就可以了。”

谢和他的同事首先构建了一个针对玉米育性基因MS26的Cas9载体。他们还准备了第二个载体，称为MGM。第一个载体通过切掉MS26的一个片段而起作用，该片段将使植物遗传不育。MGM载体带有三个功能部分：恢复生育力的有效MS26基因编码序列，使花粉失活的酶和在种子中显示的红色标记。

该团队将两种载体都引入了农杆菌中，并用其转化了玉米胚。因为玉米是二倍体的，也就是说每个基因有两个拷贝，所以这些编辑过的胚胎除了引入了一个单拷贝的MGM基因之外，还将携带两个拷贝的突变的MS26。

这些植物自交后，会根据减数分裂规则产生两种类型的后代，它们的比例为1：1：一种具有MS26和MGM突变，另一种具有MS26突变而没有MGM。

没有MGM的子代是不育的，因此可以用作杂交种子生产的亲本。因为这些亲本没有携带外源的MGM基因，所以他们的后代(如果与非基因工程的品种杂交)不是转基因的。

带有MGM的后代的另一半拥有MMG，并且目前存在的MGM的后代是可育的，并且基本上与其父母相同。这些植物(称为维持植物)可以自我杂交，使不育植物产生杂交种和更多的维持植物。

维持剂还带有从MGM载体表达的红色荧光标记，因此可以很容易地将它们与无菌种子区分开并进行分类。

“我们的系统大大减少了建设稳定的杂交种子生产线所需的资源。因此，种子的投入和成本将大大降低，”谢说。

除玉米外，许多其他主要农作物也具有MS26，包括水稻，小米，小麦和高粱。因此，这种新方法可以很容易地应用于其他农作物，甚至可以应用于农作物中其他决定生育力的基因。

“从技术角度来看，我们离大规模应用不远。但是，在获得批准用于商业生产之前，我们需要经过一个程序。”