多倍體誘導是植物種質(zhì)創(chuàng)新的重要方法，廣泛應(yīng)用于作物、果樹、林木和觀賞植物新品種培育。過去二十年，多倍體育種進一步加快，多倍體新品種得到大量推廣。傳統(tǒng)多倍體誘導的技術(shù)瓶頸包括：誘導率低、純合多倍體獲取數(shù)量少、嵌合體純化困難等。以上瓶頸問題限制了植物多倍體新種質(zhì)的創(chuàng)制、制約了多倍體育種技術(shù)的應(yīng)用。
中國西南野生生物種質(zhì)資源庫種子生物學組與李唯奇研究組合作，以木蘭科植物厚樸（Magnolia officinalis）的體細胞胚發(fā)生（Somatic Embryogenesis）再生體系為基礎(chǔ)，建立了高效的多倍體誘導體系,純合四倍體誘導率達到100%。首次探索了獲得多倍體胚性細胞系的技術(shù)路徑，建立了多個厚樸四倍體胚性細胞系，并通過體細胞胚發(fā)生途徑生產(chǎn)了大量純合四倍體植株。多倍體胚性細胞系的建立突破了植物多倍體誘導的相關(guān)瓶頸，拓展了基因組加倍的表型變化，為多倍體育種創(chuàng)造了新機會。由于木蘭科植物體細胞胚再生體系的通用性，以上技術(shù)有望廣泛應(yīng)用于木蘭科植物多倍體的誘導和新品種培育。
技術(shù)要點包括：（1）體細胞胚發(fā)生過程的一致化。使用100-200μm直徑的細胞團（約20個細胞），3周內(nèi)在分化培養(yǎng)基上完成體細胞胚分化過程。（2）控制條件下，胚性細胞團（100-200μm）在抗有絲分裂試劑作用下，僅邊緣的1-2個細胞存活，并再生為一個克隆。通過兩個階段的恢復培養(yǎng)，存活細胞再生為包括體細胞胚和球形細胞團的獨立克隆。通過流式細胞儀，可以篩查到產(chǎn)生極高比例多倍體體細胞胚的獨立克隆；將這些克隆中的球形細胞團單獨增殖，可以形成細胞系。通過流式細胞儀篩查和確認多倍體細胞系。（3）以多倍體細胞系為材料，通過體細胞胚發(fā)生途徑生產(chǎn)多倍體植株用于表型分析和育種項目。
以上工作以“Establishing Tetraploid Embryogenic Cell Lines of Magnolia officinalis to Facilitate Tetraploid Plantlet Production and Phenotyping”發(fā)表在Frontiers in Plant Science上。高彥粉和馬俊超為共同第一作者，林亮和李唯奇為共同通訊作者。以上工作得到了中國科學院戰(zhàn)略生物資源項目（KFJ-BRP-017-75），云南省重點研發(fā)計劃項目（202103AC100003），云南省基礎(chǔ)研究專項重大項目(202101BC070003)資助。
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圖1 厚樸多倍體細胞系誘導和建立的技術(shù)路徑
圖2 厚樸體細胞胚發(fā)生途徑再生過程
圖3 抗有絲分裂試劑處理后，細胞再生過程
圖4 二倍體和四倍體厚樸體細胞胚及植株對比
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