近日，袁黎教授課題組在Nature Plants在線發(fā)表了題為“A sexually and vegetatively reproducible diploid seedless watermelon inducer via ClHAP2 mutation”的論文。該研究首次創(chuàng)新研發(fā)了一種可自我繁殖通用型二倍體無(wú)籽西瓜誘導(dǎo)體系，利用該誘導(dǎo)系可成功實(shí)現(xiàn)基因型不依賴的二倍體無(wú)籽西瓜高效創(chuàng)制，為無(wú)籽西瓜高效生物育種提供了全新技術(shù)思路和產(chǎn)業(yè)解決策略，也為其他無(wú)籽果實(shí)作物高效創(chuàng)制提供了新的切入點(diǎn)。
雙受精是種子形成的關(guān)鍵過(guò)程。本研究通過(guò)生物信息學(xué)方法分析、鑒定得到西瓜雙受精關(guān)鍵調(diào)控基因ClHAP2（HAPLESS2）。利用CRISPR/Cas9基因編輯技術(shù)敲除ClHAP2，創(chuàng)制了缺失富含組氨酸結(jié)構(gòu)域（His-rich）的突變體Clhap2。突變體形態(tài)學(xué)和生理特征表型檢測(cè)表明，其營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)和花粉生理特性正常。Clhap2做母本與野生型WT雜交，種子發(fā)育正常。而Clhap2做父本與野生型雜交或自交時(shí)，表現(xiàn)果實(shí)無(wú)籽但可產(chǎn)生極少量種子的理想表型。半薄石蠟切片法細(xì)胞學(xué)精細(xì)表型檢測(cè)，確認(rèn)了無(wú)籽是精卵細(xì)胞無(wú)法正常融合所致。不同品種誘導(dǎo)實(shí)驗(yàn)結(jié)果證實(shí)Clhap2可誘導(dǎo)所有西瓜品種形成無(wú)籽果實(shí)，表明Clhap2誘導(dǎo)系不僅可自我繁殖，同時(shí)打破了基因型依賴。此外，為消除消費(fèi)者對(duì)個(gè)別籽粒產(chǎn)生的食品安全顧慮，徹底分離掉了Clhap2后代中的T-DNA插入。
品質(zhì)是否受影響是檢驗(yàn)誘導(dǎo)系創(chuàng)制成功的另一核心標(biāo)準(zhǔn)。本研究利用植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑CPPU誘導(dǎo)三種西瓜商品種‘LLW’、‘8424’、‘京母（JM）’，形態(tài)學(xué)和生理指標(biāo)測(cè)定顯示，無(wú)籽果實(shí)表現(xiàn)出歪果、裂果等形態(tài)異常和果肉硬度顯著提高的突出問(wèn)題，而Clhap2誘導(dǎo)的無(wú)籽果實(shí)與商品種自交果實(shí)相比上述指標(biāo)無(wú)顯著差異。本研究首創(chuàng)的二倍體無(wú)籽西瓜誘導(dǎo)系為加速二倍體無(wú)籽西瓜育種進(jìn)程和生產(chǎn)規(guī)?；瘧?yīng)用提供了全新技術(shù)視角。
園藝學(xué)院已畢業(yè)博士陳鑫兒為該論文第一作者，瓜類(lèi)作物種質(zhì)資源與遺傳育種團(tuán)隊(duì)袁黎教授為通訊作者。崖州灣國(guó)家種子實(shí)驗(yàn)室楊維才院士提供了寶貴建議。團(tuán)隊(duì)張顯教授、劉曼副教授及田樹(shù)娟和王家發(fā)老師參與了本研究。本研究得到國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃（SQ2023YFE0201239）、國(guó)家青年人才計(jì)劃（A279021801）、國(guó)家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目（32372734）、國(guó)家現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系（CARS-25）、廣東省重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目（2022B0202060001）、陜西省重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃（2023-YBNY-008）和陜西省自然科學(xué)基金（2022JM-112）的資助。
文章鏈接：https://www.nature.com/articles/s41477-024-01799-5
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