西北農(nóng)林科技大學園藝學院袁黎教授課題組首創(chuàng)可自我繁殖的二倍體無籽西瓜誘導體系
2024年10月16日來源：西北農(nóng)林科技大學
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籽西瓜誘導體系，利用該誘導系可成功實現(xiàn)基因型不依賴的二倍體無籽西瓜高效創(chuàng)制，為無籽西瓜高效生物育種提供了全新技術思路和產(chǎn)業(yè)解決策略，也為其他無籽果實作物高效創(chuàng)制提供了新的切入點。
雙受精是種子形成的關鍵過程。本研究通過生物信息學方法分析、鑒定得到西瓜雙受精關鍵調(diào)控基因ClHAP2（HAPLESS2）。利用CRISPR/Cas9基因編輯技術敲除ClHAP2，創(chuàng)制了缺失富含組氨酸結(jié)構域（His-rich）的突變體Clhap2。突變體形態(tài)學和生理特征表型檢測表明，其營養(yǎng)生長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，表現(xiàn)果實無籽但可產(chǎn)生極少量種子的理想表型。半薄石蠟切片法細胞學精細表型檢測，確認了無籽是精卵細胞無法正常融合所致。不同品種誘導實驗結(jié)果證實Clhap2可誘導所有西瓜品種形成無籽果實，表明Clhap2誘導系不僅可自我繁殖，同時打破了基因型依賴。此外，為消除消費者對個別籽粒產(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)是否受影響是檢驗誘導系創(chuàng)制成功的另一核心標準。本研究利用植物生長調(diào)節(jié)劑CPPU誘導三種西瓜商品種‘LLW’、‘8424’、‘京母（JM）’，形態(tài)學和生理指標測定顯示，無籽果實表現(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題，而Clhap2誘導的無籽果實與商品種自交果實相比上述指標無顯著差異。本研究首創(chuàng)的二倍體無籽西瓜誘導系為加速二倍體無籽西瓜育種進程和生產(chǎn)規(guī)模化應用提供了全新技術視角。
園藝學院已畢業(yè)博士陳鑫兒為該論文第一作者，瓜類作物種質(zhì)資源與遺傳育種團隊袁黎教授為通訊作者。崖州灣國家種子實驗室楊維才院士提供了寶貴建議。團隊張顯教授、劉曼副教授及田樹娟和王家發(fā)老師參與了本研究。本研究得到國家重點研發(fā)計劃（SQ2023YFE0201239）、國家青年人才計劃（A279021801）、國家自然科學基金面上項目（32372734）、國家現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術體系（CARS-25）、廣東省重點研發(fā)計劃項目（2022B0202060001）、陜西省重點研發(fā)計劃（2023-YBNY-008）和陜西省自然科學基金（2022JM-112）的資助。
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