Haploid plants produced by centromere-mediated genome elimination

倍性 着丝粒 生物 减数分裂 遗传学 染色体 合子 配子体 基因组 拟南芥 拟南芥 加倍单倍体 突变体 基因 植物 花粉 胚胎发生
作者
Maruthachalam Ravi,Wan Chan
出处
期刊:Nature [Nature Portfolio]
卷期号:464 (7288): 615-618 被引量:643
标识
DOI:10.1038/nature08842
摘要

Production of haploid plants that inherit chromosomes from only one parent can greatly accelerate plant breeding. Haploids generated from a heterozygous individual and converted to diploid create instant homozygous lines, bypassing generations of inbreeding. Two methods are generally used to produce haploids. First, cultured gametophyte cells may be regenerated into haploid plants, but many species and genotypes are recalcitrant to this process. Second, haploids can be induced from rare interspecific crosses, in which one parental genome is eliminated after fertilization. The molecular basis for genome elimination is not understood, but one theory posits that centromeres from the two parent species interact unequally with the mitotic spindle, causing selective chromosome loss. Here we show that haploid Arabidopsis thaliana plants can be easily generated through seeds by manipulating a single centromere protein, the centromere-specific histone CENH3 (called CENP-A in human). When cenh3 null mutants expressing altered CENH3 proteins are crossed to wild type, chromosomes from the mutant are eliminated, producing haploid progeny. Haploids are spontaneously converted into fertile diploids through meiotic non-reduction, allowing their genotype to be perpetuated. Maternal and paternal haploids can be generated through reciprocal crosses. We have also exploited centromere-mediated genome elimination to convert a natural tetraploid Arabidopsis into a diploid, reducing its ploidy to simplify breeding. As CENH3 is universal in eukaryotes, our method may be extended to produce haploids in any plant species.
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