通讯作者明瑞光教授（左）和第一作者朱斯慧副教授（右）。受访者供图

　　2026年8月5日，福建农林大学明瑞光教授团队在国际顶级学术期刊《自然》（Nature）在线发表重磅研究论文，首次从基因组比重、染色体组成、遗传重组和DNA分子证据等多个层面，系统揭示甘蔗母本不减数配子的形成过程。

　　研究证明，甘蔗母本恢复源于“第二次分裂恢复”机制。该团队相关负责人表示，这一发现破解了延续百余年的甘蔗育种之谜，也为复杂多倍体植物的不减数配子形成机制研究提供了新的理论框架。

　　“异常”遗传现象成谜

　　甘蔗贡献了国内食糖的90%、全球食糖的80%，是重要的生物能源作物。如今广泛种植的现代甘蔗，绝大多数源于百年经典育种组合：以高糖热带种为母本，与抗逆性强的野生割手密为父本进行种间杂交。该体系成功的关键在于“母本恢复”现象——母本将全套染色体传给后代，父本仅提供半套染色体，杂交后代中母本与父本的基因组贡献约为2∶1。然而，母本究竟如何形成这种特殊配子（配子是指生殖细胞），百年来始终没有定论。

　　在大多数有性生殖过程中，精子和卵细胞形成前都要经历减数分裂使染色体数目减半。但甘蔗却十分特殊——父本进行正常减数分裂，母本产生的配子却保留了全套染色体数。这种不对称遗传贡献解释了一个长期存在的育种现象：母本热带种一次传递更多遗传物质，使后代以高糖、高生物量基因组为主体，同时整合野生种的抗病、抗旱基因，成为现代甘蔗育种兼顾高糖高产和抗逆性的生物学基础。但由于缺乏逐条辨认染色体来源和重组轨迹的技术，过去百年间，第一次分裂异常、第二次分裂异常、受精后染色体加倍等多种假说始终未获决定性证据。

　　发现“第二次分裂恢复”

　　研究团队首先利用长读长测序和单倍型分辨率基因组测序技术，为八倍体热带种和十倍体野生割手密的每一条染色体建立“身份档案”。随后对二者产生的8个F1杂交后代进行系统分析，所有后代均稳定呈现约2∶1的母本与父本基因组比例。对两个后代基因组从头组装后进一步发现，80条母本来源染色体组成40对相互对应的染色体，并保留另一半40条染色体的重组片段。

　　关键证据来自单分子长读长测序技术。团队开发了新算法KLASSIFY，在全部杂交后代中识别出两类重组断点，其中一类为此前未被认识的新型断点——在同一断点附近既能观察到发生重组的长分子，也能检测到未发生重组的长分子。这些跨越断点的长分子如同“接缝”，直接记录了母本染色体发生遗传重组交换，也揭示了重组后的姐妹染色单体在第二次减数分裂中未能正常分离，最终成对进入同一配子的遗传轨迹。

　　研究证明，甘蔗母本第一次减数分裂正常完成，同源染色体配对、重组并分离；第二次分裂时，姐妹染色单体本应分开却未分离，共同进入同一配子——这就是“第二次分裂恢复”。明瑞光介绍，这个过程可以理解为“先洗牌，再把4份牌中的两份牌装进同一个盒子”，最终配子虽含双倍染色体数量，但只带有40条染色体的全部信息和另外40条染色体的重组片段。

　　建立育种新模型

　　研究表明，“第二次分裂恢复”形成的不减数母本配子平均保留约62.5%的母本遗传多样性——约50%来自第一次分裂后的基本染色体组合，约12.5%来自重组交换带入的其他同源染色体片段，明显低于完整保存两套母本染色体时的100%。8个后代的母本配子传递了约63.6%至72.4%的母本多态性，显著高于父本正常配子传递的约53.1%至57.4%，与“第二次分裂恢复”理论预期一致。

　　基于此，团队将长期使用的“2n＋n”遗传模型修正为“n1*×2＋n2”——“n1*”表示已经历减数重组的半数染色体组，“×2”表示“第二次分裂恢复”使姐妹染色单体共同保留。这一新模型体现了母本染色体已发生减数和重组，以及平均保留约62.5%遗传多样性的本质。

　　该发现的意义不仅限于甘蔗。不减数配子是植物多倍化和新物种形成的重要驱动力，此次建立的基因组分析方法和研究思路，可为其他复杂多倍体植物解析不减数配子形成机制提供新工具。

　　明瑞光认为，未来育种者可利用这一规律更高效地筛选兼具高糖高产和抗逆性的优良材料。从百年前观察到特殊遗传现象，到今天逐条解析染色体来源及重组轨迹，这项研究终于揭开了甘蔗母本恢复的遗传奥秘，为精准育种提供了全新理论框架。（记者 梁凯鸿）