高产优质新品种是农业的基石，但传统作物育种方法周期长、效率低。近年来，随着分子生物学、基因组学和农业生物技术的发展，新的作物育种技术不断涌现，一定程度上加快了作物育种进程、提高育种效率，但在实际应用中仍存在较多不足。
日前，中国农业科学院生物技术研究所和华南农业大学的科研人员研发出一种基于单倍体诱导介导的基因组编辑技术（Haploid-Inducer Mediated Genome Editing，IMGE），可精准加快作物育种进程。相关研究成果在线发表于《分子植物》。
近几十年来，得益于作物品种改良和生产方式改变（如密植、农药、化肥的使用等），作物产量特别是单产的稳步提高，为世界人口增长发挥了关键的支撑作用。
而作物品种改良主要得益于育种带来的遗传增益。然而传统育种中优良性状的针对性改良，需要将带有该优良性状或基因的材料（供体亲本）与所需改良的材料（受体亲本）杂交，再经过6~8代的回交和繁琐的背景选择，最终从后代中选择出其他性状像受体亲本、同时携带来自于供体亲本优良性状或优异基因型的个体，用于下一步育种。
近年来，一批新作物育种技术如双单倍体技术、转基因技术、分子标记辅助育种技术、基因组编辑技术、智能不育技术（第三代杂交水稻育种技术）、杂种优势固定技术（无融合生殖技术）等纷纷涌现。其中双单倍体技术在玉米、小麦、大麦、烟草等作物育种中已得到广泛应用。
双单倍体技术通过与单倍体诱导系杂交，可快速创制不受遗传背景限制的单倍体，再通过人工或自然染色体加倍成为双单倍体，实现在短时间内（两代）作物优良基因型的固定，从而创制纯合的自交系以用于杂交育种或品种选育。
在这份最新成果中报道的IMGE育种策略，巧妙地将单倍体诱导与CRISPR/Cas9基因编辑技术结合起来，实现二者优势互补，成功在两代内创造出经基因编辑改良的双单倍体（DH）纯系。
其技术路线是先将一个改良目标农艺性状的CRISPR/Cas9载体通过农杆菌介导的转化方法导入到一个可转化的玉米品种中，然后通过杂交、Basta除草剂抗性筛和特异性分子标记检测将该CRISPR/Cas9载体导入到单倍体诱导系中，创制出携带有CRISPR/Cas9载体的单倍体诱导系。
之后用携带有CRISPR/Cas9载体的单倍体诱导系做父本与任何商业化自交系杂交，根据F1种子胚的颜色挑选出候选单倍体种子。再根据候选单倍体的田间表现确定单倍体植株。然后根据目标性状的变化和CRISPR/Cas9的靶位点的测序分析筛选出靶位点被编辑的单倍体。
这些单倍体可以通过人工或自然染色体加倍成为纯合的经过基因编辑的二倍体植株，从而实现在两代内创制性状改良的商业化玉米品种双单倍体，大大加速作物育种进程。
利用该技术，研究人员对玉米骨干自交系B73中的ZmLG1和UB2两个基因进行成功编辑，获得这两个位点改造成功的单倍体，并通过自然染色体加倍，获得编辑成功的双单倍体。继而通过分子标记检测和测序分析，确认CRISPR/Cas9介导的基因编辑的确发生在B73背景中。进一步的Basta抗性筛选和特异分子标记检测确认编辑的单倍体不含有CRISPR载体。
利用这项技术可实现任何商业化品种中目的基因的高效精准改良，而完全不受基因型的限制，从而摆脱现有转基因技术和基因编辑体系受遗传背景的限制。同时，IMGE的成功也为玉米单倍体形成机制的解析提供了强有力的证据，支持玉米单倍体是受精后父本的基因组丧失，而不是由未受精的卵细胞通过孤雌生殖形成的。
近年来，新的基于油分含量和荧光蛋白标记等技术的工程化单倍体诱导系统已经被成功开发，而且目前基因编辑技术的发展已允许多个基因同时编辑，实现多性状同时改良。这些技术的结合将大大提升IMGE的效率和便捷性，使其在工程化育种方面大显身手。另一方面，单碱基编辑、基因替换、基因敲入技术等新型基因编辑技术的发展，将为IMGE技术的应用提供更强的灵活性、机动性和可控性。
此外，除玉米、水稻外，小麦、大麦、烟草等植物中都已有成功的单倍体诱导系统的建立。可以预期，IMGE与它们的结合将大力推动新一代育种技术的发展和整合，大大加快现代化作物育种的进程和效率，使这些技术像‘马良神笔’一样在作物育种的征程上描绘出壮丽的华章。