我院袁黎教授课题组在西瓜体细胞和生殖细胞倍性研究方面取得新进展

西瓜是世界上重要的果菜类经济作物。倍性育种和无融合生殖因其在提高西瓜产量、品质、抗逆性和固定杂种优势等方面的巨大潜力，已成为西瓜重要的育种技术手段。加倍作物染色体是倍性育种的关键步骤，而建立能产生与母本遗传组成相同的二倍体配子的 MiMe 系统（  Mitosis instead of Meiosis  ），则是人工创制无融合生殖的关键步骤。因此，挖掘调控西瓜体细胞染色体及配子加倍的基因，对于利用分子手段快速创制多倍体西瓜新种质及建立新型 MiMe 系统，助力西瓜产业提质增效具有重要意义。2024年10月，  Horticulture Research  上线了（Advance Access）西北农林科技大学园艺学院袁黎教授课题组题为 Disruption of ClOSD1 leads to both somatic and gametic ploidy doubling in watermelon  的研究论文。该研究阐明了西瓜 ClOSD1 在调控体细胞和生殖细胞加倍过程中的独特功能，揭示了其有别于模式植物的作用机制。本研究中，同源蛋白序列比对结果显示， ClOSD1 在不同物种中高度保守，与拟南芥中不同的是，在西瓜等葫芦科作物中仅存在一个拷贝，暗示着 ClOSD1 可能在西瓜中具有特定的功能。利用CRISPR/Cas9基因编辑技术靶向敲除西瓜 ClOSD1 基因，筛选获得突变体。流式细胞术及免疫荧光等表型检测结果表明， ClOSD1  基因突变导致西瓜植株体细胞染色体数目加倍形成四倍体；且 Closd1 突变体减数第二次分裂缺失，产生100%的未减数配子。成熟花粉及 Closd1 突变体杂交后代倍性分析，结果显示突变体产生的未减数配子加倍为四倍体，揭示了与模式植物拟南芥中的功能不同，  ClOSD1 基因具有调控西瓜染色体和配子同时加倍的全新生物学功能，研究结果为西瓜倍性育种及新型 MiMe 系统的建立提供了基因资源和种质基础。

图1 西瓜 ClOSD1 同时调控体细胞和生殖细胞倍性

西北农林科技大学博士生庞文玉为论文第一作者，西北农林科技大学袁黎教授为该论文通讯作者。该研究得到国家自然科学基金（32372734）、国家青年人才计划（A279021801）、国家重点研发计划项目（2023YFE0206900）、国家自然科学基金重点项目（U23A20208）、洛阳市重大科技攻关项目（2301024A）、中国农业研究体系专项基金（CARS-25）、广东省重点领域研发计划项目（2022B0202060001）、陕西省重点研发计划项目（2023-YBNY-008，2024NC-YBXM-032）和河南省中央地方科技发展基金指导项目（Z202318111037）的资助。

袁黎研究团队成员合照

文章链接：‍https://doi.org/10.1093/hr/uhae288