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【科研新进展】(240)西甜瓜种质资源与遗传育种团队在易位二倍体少籽西瓜产生机制研究方面取得新进展

近日,西甜瓜种质资源与遗传育种团队袁黎教授课题组在《horticulture research》期刊在线发表了题为《a 2.09 mb fragment translocation on chromosome 6 causes abnormalities during meiosis and leads to less seed watermelon》的研究论文。团队教师田树娟为论文第一作者,已毕业硕士研究生葛洁为共同第一作者,袁黎教授为通讯作者。

西瓜(citrullus lanatus (thunb.) matsum. & nakai)因其果实汁多味甜、营养丰富,在世界范围广泛栽培。西瓜产业在国民经济中占据重要地位,无籽/少籽西瓜因其具有食用方便、可溶性固形物含量高、口感好等诸多优点备受消费者青睐。其中,三倍体无籽西瓜由于其适应性、抗逆性强,耐贮运,产量高,具有多倍体和二倍体杂交一代的双重优势,而深受消费者和种植者欢迎。然而,三倍体无籽西瓜是由四倍体母本和二倍体父本杂交导致配子染色体失衡产生的无籽(不育),在生产实践中,三倍体无籽西瓜的生产技术存在诸多缺点:如种子生产过程繁琐、冗长;种子生产成本较高、发芽困难;种子晚熟等;而作为非转基因的易位二倍体无籽西瓜恰恰克服了其缺点,同时避免了使用激素诱导无籽西瓜对药剂处理技术要求严格的问题。因此,发掘和培育易位二倍体无籽/少籽西瓜资源,进一步解析其染色体易位机制,为未来有针对性开展创制精英无籽西瓜新种质具有重要的理论及实践意义。

148纯合易位材料杂交少籽模式图_副本.png

研究人员前期获得了田间自发易位突变体148,发现该突变体与正常二倍体西瓜“京母”杂交得到的f1代“2018-z-4”具有明显的少籽表型。进一步实验表明,“148”与其他正常二倍体西瓜亲本“y83”、“jf”和“m08”的杂交后代也表现出少籽表型。由于雌雄配子不育是少籽的主要诱因,传统杂交实验证实,杂交f1代2018-z-4西瓜的少籽表型是由雌配子半不育所导致。雌配子深埋在孢子体组织中很难接近及鉴定其发育是否正常,已知高等植物中,雌雄配子的发育过程是高度同步、基本一致,因此,可借助检测雄配子发育去判断雌配子的具体发育缺陷时期。进一步染色体展片实验分析表明,“2018-z-4”小孢子母细胞在减数分裂中期i阶段出现异常的染色体四价体环结构,明确了配子半不育是由染色体易位造成。qrt-pcr分析进一步从侧面证实配子半不育是由染色体易位造成,而不是由减数分裂特异基因的表达降低引起。f2代分离群体遗传分析表明,“148”是易位纯和系材料,且杂交f1代“2018-z-4”的少籽表型是由一条染色体片段易位造成的。基于基因组重测序、分子标记开发技术、图位克隆等技术,研究人员将易位区段定位于chr 06染色体上的2.09mb区间。

染色体展片表明148少籽表型是由染色体易位引起_副本.png

综上所述,该研究揭示了chr 06染色体上一段2.09mb片段发生易位导致少籽西瓜表型的机制,为二倍体水平培育精英无籽西瓜种质提供新方法,同时也为利用人工诱导的染色体易位技术创制无籽西瓜新品种提供了易位片段大小上的参考及前瞻性的研究基础。

该研究工作得到了国家级青年人才计划(a279021801)、西北农林科技大学科技大学引进人才启动经费 (z1090221008)、陕西省自然科学基金 (2021jm-089) 及杨凌种业重点研发项目等项目的支持。

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编辑:张晴

终审:徐海