5日，由福建农林大学海峡联合研究院基因组学研究中心主任明瑞光教授率领的团队，在国际顶级学术期刊《自然》在线发表了题为《甘蔗杂交种中母本恢复的遗传机制》的研究论文，破解了甘蔗持续百余年的细胞遗传学谜团，也为多倍体植物创新育种策略提供了重要理论基础。

现代甘蔗育种的百年谜题

甘蔗是一种重要经济作物，在许多南方人心目中，蔗糖堪称“甜”的代名词。

为了追求既含糖量高、产量大，又能抵抗病虫害和恶劣环境的甘蔗品种，百余年前育种学家就找到了一条巧妙的路子：以高糖的热带种甘蔗为母本，以抗逆性强的野生割手密为父本，两者进行种间杂交，再经过连续选育，使“甜”和“强”的基因结合起来。

这条育种路线奠定了现代甘蔗品种形成的基础，但背后却藏着一个持续多年的谜题——

通常，有性生殖的后代从父母双方各获得一半的遗传物质。可甘蔗偏偏不按常理出牌——杂交后代从父本获得一份遗传物质，却能从母本那里获得两份，这种情况被称为“母本恢复”。它是如何发生的？科学界一直没有定论。

过去，育种学家利用甘蔗的“母本恢复”开展杂交育种，但因不清楚母本染色体的遗传重组规律，优质种苗只能靠大批量田间筛选，这要靠运气，育种周期也较长。

换句话说，这道谜题能否解开，关系着能不能更快、更精准地选育出更加优良的甘蔗品种。

据明瑞光团队介绍，研究面临的首要关卡来自甘蔗异常复杂的多倍体基因组。本项研究采用的热带种甘蔗LA Purple为八倍体，野生割手密US56-14-4则为十倍体，两者都拥有约80条染色体，同一染色体组中包含多个高度相似的同源染色体，如同把多套外观近似、细节各不相同的拼图混在一起。

“真正的难点不是简单地测出多少DNA，而是要区分开高度相似的染色体，并追踪它们在杂交后代中的来源、传递和重组。”明瑞光说。

要解开这个百年谜题，研究团队需要从DNA序列层面为每条染色体建立可以辨认的“身份档案”，再沿着杂交过程追踪每一段遗传信息的去向。

甘蔗“妈妈”多给了几张“牌”

“甘蔗母本的双倍遗传物质，源于第二次分裂没有正常完成。”在6日举办的成果发布会上，明瑞光团队公布了他们的研究结论。

正常情况下，植物在形成生殖细胞时，染色体要经过一次“分开再分开”的过程，也就是细胞在减数分裂中经历两次连续染色体分离，最终使染色体数目减半。受精时，母本、父本配子的结合，就如同父母双方各拿出“半副牌”，共同组成后代的一副完整牌组。

而甘蔗“母本恢复”的特殊之处在于，母本产生的配子多保留了一份染色体，被称作“未减数配子”。

研究团队追踪的目标，通俗地说就是：甘蔗“妈妈”是如何多给的？多出来的这一份“馈赠”，具体从哪来？

要区分开高度相似的染色体，研究团队的“工具”是前沿基因组测序技术，他们尝试给每条染色体建立“身份档案”。随后，团队对实验杂交后代进行分析，发现所有后代均稳定呈现约2∶1的母本与父本基因组比例。在两个解析最完整的后代中，研究人员进一步辨认出约80条母本来源染色体和约40条父本来源染色体。

“我们正是在解析、辨认的过程中，发现了第二次分裂没有正常完成的关键证据。”明瑞光介绍。

有了关键证据，甘蔗母本如何将双份遗传物质传给后代的“秘密”终于被揭开：正常情况下，染色体减数分裂需要完成两轮“分开”，然而甘蔗母本只顺利完成了第一轮。到了第二轮，本应彼此分开的姐妹染色单体没有分开，而是一起进入同一个生殖细胞。

若从浅显的角度理解——杂交过程中染色体的“错误”，却“误打误撞”成就了现代甘蔗的繁育。

育种经验有了科学“公式”

这次的发现对现代甘蔗育种意味着什么？

蔗糖占我国食糖总产量约九成，它的生产稳定与否，关系着国人的“糖罐子”能不能端稳。

“过去的甘蔗育种，对母本染色体如何传递和重组缺少可以追踪的分子依据。现在，我们明确了‘母本恢复’的形成机制，未来就有可能更合理地选择亲本和杂交后代，在保留母本高糖、高产遗传基础的同时，更有效地引入父本的抗病、耐旱等优良特性。”明瑞光说。

研究团队的突破，不仅解开了百年谜题，更细化了指导育种实践的科学模型，将甘蔗种间杂交后代的遗传组成模型从“2n+n”修正为“n_1*×2+n_2”。

从“n”到“n_1*”，认知变迁来自于团队对“甘蔗母本传给后代的遗传信息并非100%复制”的发现。

进一步研究结果显示，多出来的母本遗传信息只有大约一半基本保持了母本原来的样子，另一部分则在传递过程中发生了重新组合和“洗牌”。最终算下来，后代大约保留了62.5%的母本遗传信息，相较于正常生殖细胞中的50%多出12.5个百分点。

“这意味着母本的影响被明显加强了，使得高糖、高产等性状更稳定。另一方面，这些基因经过重新组合，产生新的排列方式，让后代在保持优势的同时，也拥有更多适应环境变化的可能性。”明瑞光解释说。

从看清育种路线背后的遗传原理、理解一条染色体如何传递，到培育一株更甜、更强健的甘蔗，基础研究正在为未来的品种改良打下地基。

研究团队认为，这项研究的意义也不局限于甘蔗。不同作物形态各异，育种面对的核心问题却是相通的：怎样让亲本的优良遗传特征更加稳定、准确地传给下一代？

甘蔗百年谜题的破解，不仅让育种专家看清了“甜”和“强”如何在染色体层面相遇，也为更加精准地利用复杂多倍体作物的遗传潜力打开了一扇新的大门。