Forskning ledd av Syngenta Biotechnology China, med partners i USA, Frankrike, Storbritannien, Chile, Nederländerna, Argentina och Kina, har upptäckt att solrosor kan bilda livskraftiga haploida frön genom partenogenes i avsaknad av pollinering. Denna upptäckt öppnar möjligheten för ett skalbart dubbelt haploidsystem i solrosor, en teknik som skulle kunna minska den tid som krävs för att producera helt inavlade linjer från sex år till ~10 månader.
Vissa djur, bland annat vissa fåglar, reptiler, fiskar och kräftdjur som Daphnia, kan föröka sig utan befruktning genom en process som kallas fakultativ partenogenes. Hos dessa arter kan honorna producera avkommor utan att hanen är inblandad. Charles Darwin dokumenterade först ovanliga reproduktionsmönster hos växter, men många aspekter av växternas reproduktion är fortfarande dåligt kända.
Hos de flesta blommande växter beror fröbildningen på en process som kallas dubbelbefruktning. Det innebär att en spermie befruktar ägget och en annan befruktar en separat cell som bildar endospermet, en vävnad som ger näring åt embryot. Utan befruktning utvecklas sällan livskraftiga frön.
Solros är en av världens viktigaste oljeväxtgrödor, med en global produktion på nästan 55 miljoner ton år 2023. Eftersom solros är en hybridgröda kräver förbättring av dess egenskaper att man skapar inavlade föräldralinjer, vilket vanligtvis tar sex år genom upprepad självpollinering.
I studien ”Haploid facultative parthenogenesis in sunflower sexual reproduction”, publicerad i Nature, undersökte forskare hur solrosor kan bilda haploida frön utan befruktning. Teamet genomförde en kombination av genetiska, kemiska och miljömässiga experiment för att identifiera de faktorer som möjliggör partenogenes och stödja ett skalbart dubbelt haploidförädlingssystem.
Forskarna testade solrosväxter under kontrollerade växthus-, tillväxtkammar- och fältförhållanden för att identifiera genetiska bakgrunder som kan producera haploida frön utan befruktning.
Experimenten omfattade kemiska behandlingar, manuell och hormonell undertryckning av pollen och variation i miljöfaktorer som ljusintensitet och temperatur. Flödescytometri och genetisk analys bekräftade bildandet av haploida frön. Vävnadsodling och kromosomfördubblingstekniker tillämpades för att regenerera fertila, dubbla haploida växter.
Bildandet av haploida frön uppmärksammades först under experiment där en kemisk fosfolipashämmare användes på pollen. Forskarna observerade små, skrumpna frön och tillskrev dem ursprungligen till kemikaliens effekter. Senare försök visade att samma frön bildades även i total avsaknad av pollen, vilket ledde till upptäckten av spontan partenogenes.
Genetisk analys bekräftade att fröna härstammade från modern och saknade DNA från fadern. Parthenogenes förekom i flera solroslinjer, där vissa producerade över 100 haploida frön per blomhuvud. Högintensivt ljus ökade signifikant haploidutbytet, medan blått eller rött ljus ensamt inte hade någon effekt.
Majspollen i kombination med bor förbättrade haploidbildningen i vissa genetiska bakgrunder. Groddningsförsök visade en 40-procentig framgång i jord.
Avbildningen visade att många haploida embryon som bildades utan befruktning hade oregelbundna former eller flera axelliknande centra. Varje frö innehöll fortfarande ett enda embryo, men vissa utvecklade flera skottliknande strukturer efter groning. Vävnadsodling användes för att regenerera friska plantor från dessa atypiska former.
Kromosomfördubbling gav fertila, fröbildande plantor, där vissa individer genererade upp till 188 frön.
Till skillnad från de flesta blommande växter överlevde och grodde solrosembryon med hjälp av näringsreserver som lagrats i kotyledonerna, och kringgick därmed det vanliga kravet på endospermutveckling. Denna förbikoppling av endospermkravet är mycket ovanlig.
Upptäckten av partenogenes hos solros introducerar en tidigare okänd reproduktionsväg i en stor global gröda. Forskarna visade att haploida frön kan utvecklas utan befruktning och omvandlas till fullt fertila växter, vilket ger en snabbare väg till utveckling av inavelslinjer.
Resultaten utgör en grund för ett skalbart dubbelt haploidförädlingssystem för solrosor, med potential att påskynda växtförädlingen och utöka den globala förädlingskapaciteten.
För mer information: Timothy Kelliher, Haploid fakultativ partenogenes i solrosens sexuella reproduktion, Nature (2025). DOI: 10.1038/s41586-025-08798-2. www.nature.com/articles/s41586-025-08798-2
Marco Todesco et al, Sunflower ’virgin births’ enable accelerated crop breeding, Nature (2025). DOI: 10.1038/d41586-025-00904-8
