近日，華中農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝林學(xué)學(xué)院、果蔬園藝作物種質(zhì)創(chuàng)新與利用全國重點實驗室鄧秀新院士團(tuán)隊在The Plant Journal在線發(fā)表了題為“Adventitious embryonic causal gene FhRWP regulates multiple developmental phenotypes in citrus reproduction”的研究論文。本研究解析了柑橘無融合生殖形成的染色質(zhì)可及性和轉(zhuǎn)錄調(diào)控網(wǎng)絡(luò)，鑒定了FhRWP參與柑橘生殖發(fā)育過程和調(diào)控細(xì)胞命運轉(zhuǎn)變的功能，拓寬了柑橘無融合生殖的調(diào)控網(wǎng)絡(luò)，為柑橘種質(zhì)創(chuàng)新和利用奠定了堅實基礎(chǔ)。
蕓香科柑橘類果樹是世界經(jīng)濟(jì)產(chǎn)值最高的果樹之一。經(jīng)過近二十年的快速發(fā)展，我國柑橘產(chǎn)業(yè)規(guī)模已經(jīng)位居世界首位，產(chǎn)量約占世界的1/3。目前，我國柑橘新品種選育主要通過芽變和實生選種獲得，約占88.5%，而利用雜交育種手段獲得的新品種只占比7.38%。造成這一現(xiàn)象的主要原因是柑橘中廣泛存在的無融合生殖現(xiàn)象（apomixis），也被稱作多胚（polyembryony）。柑橘的多胚（也稱為珠心胚）由珠心組織發(fā)育而來，其干擾合子胚發(fā)育而導(dǎo)致雜種獲得率低，嚴(yán)重阻礙柑橘雜交育種進(jìn)程。但另一方面，無融合生殖后代在遺傳上與母本完全相同，通過無融合生殖固定雜種優(yōu)勢具有廣闊的應(yīng)用潛力。因此，闡明柑橘無融合性狀的調(diào)控機(jī)制，不僅有利于柑橘種質(zhì)資源的有效利用，也為農(nóng)作物雜種優(yōu)勢的利用提供思路。
柑橘是研究珠心胚的模式植物，正向遺傳學(xué)鑒定柑橘屬和金柑屬中由單一顯性基因RWP控制，但其調(diào)控機(jī)制尚未完全解析。本研究以短童期山金柑（Fortunella hindsii）為研究對象，探究了珠心胚形成過程中染色質(zhì)的可及性，發(fā)現(xiàn)參與再生/細(xì)胞命運轉(zhuǎn)變的基因在多胚（無融合生殖類型）山金柑中相較于單胚（有性生殖類型）表現(xiàn)出更高的開放程度。此外，在多胚山金柑FhRWP啟動子的MITE轉(zhuǎn)座子區(qū)域中觀察到更高的染色質(zhì)可及性水平，且具有鏈特異性。RNAi和CRISPR-Cas9基因編輯實驗表明，下調(diào)FhRWP表達(dá)水平導(dǎo)致珠心胚數(shù)量發(fā)生降低，而敲除FhRWP可導(dǎo)致腋芽部位發(fā)育異常，花分化能力幾乎喪失。單胚柑橘品種本身難以誘導(dǎo)獲得胚性愈傷組織，本研究發(fā)現(xiàn)FhRWP過表達(dá)具有誘導(dǎo)單胚山金柑莖段產(chǎn)生胚性愈傷組織的能力，表明FhRWP具有促進(jìn)細(xì)胞命運向胚性轉(zhuǎn)變的能力。
綜上所述，本研究構(gòu)建了RWP在不定胚形成過程中的調(diào)控網(wǎng)絡(luò)，揭示了RWP在柑橘生殖發(fā)育過程中的多效性，為加速柑橘育種與遺傳轉(zhuǎn)化提供了研究基礎(chǔ)。
我校園藝林學(xué)學(xué)院鄧秀新院士為該論文的通訊作者，博士生宋謝天和已畢業(yè)博士王楠（現(xiàn)中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)基因組研究所博士后）為該論文的共同第一作者。我校葉俊麗副研究員、柴利軍教授為該研究提供了重要指導(dǎo)，我校博士生周銀、田嘯宇、我校徐強(qiáng)教授、張飛教授、伍小萌教授和謝宗周高級工程師也參與了本研究工作。該研究在國家重點研發(fā)計劃（2022YFF1003100）、國家現(xiàn)代農(nóng)業(yè)（柑橘）技術(shù)體系（No. CARS-26）等項目的資助下完成。
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