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我校在柑橘无融合生殖和FhRWP功能探索中取得新进展

核心提示: 近日,我校园艺林学学院、果蔬园艺作物种质创新与利用全国重点实验室邓秀新院士团队在柑橘无融合生殖和FhRWP功能探索中取得新进展。

南湖新闻网讯(通讯员 宋谢天)近日,我校园艺林学学院、果蔬园艺作物种质创新与利用全国重点实验室邓秀新院士团队在The Plant Journal在线发表了题为“Adventitious embryonic causal gene FhRWP regulates multiple developmental phenotypes in citrus reproduction”的研究论文。本研究解析了柑橘无融合生殖形成的染色质可及性和转录调控网络,鉴定了FhRWP参与柑橘生殖发育过程和调控细胞命运转变的功能,拓宽了柑橘无融合生殖的调控网络,为柑橘种质创新和利用奠定了坚实基础。

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芸香科柑橘类果树是世界经济产值最高的果树之一。经过近二十年的快速发展,我国柑橘产业规模已经位居世界首位,产量约占世界的1/3。目前,我国柑橘新品种选育主要通过芽变和实生选种获得,约占88.5%,而利用杂交育种手段获得的新品种只占比7.38%。造成这一现象的主要原因是柑橘中广泛存在的无融合生殖现象(apomixis),也被称作多胚(polyembryony)。柑橘的多胚(也称为珠心胚)由珠心组织发育而来,其干扰合子胚发育而导致杂种获得率低,严重阻碍柑橘杂交育种进程。但另一方面,无融合生殖后代在遗传上与母本完全相同,通过无融合生殖固定杂种优势具有广阔的应用潜力。因此,阐明柑橘无融合性状的调控机制,不仅有利于柑橘种质资源的有效利用,也为农作物杂种优势的利用提供思路。

柑橘是研究珠心胚的模式植物,正向遗传学鉴定柑橘属和金柑属中由单一显性基因RWP控制,但其调控机制尚未完全解析。本研究以短童期山金柑(Fortunella hindsii)为研究对象,探究了珠心胚形成过程中染色质的可及性,发现参与再生/细胞命运转变的基因在多胚(无融合生殖类型)山金柑中相较于单胚(有性生殖类型)表现出更高的开放程度。此外,在多胚山金柑FhRWP启动子的MITE转座子区域中观察到更高的染色质可及性水平,且具有链特异性。RNAi和CRISPR-Cas9基因编辑实验表明,下调FhRWP表达水平导致珠心胚数量发生降低,而敲除FhRWP可导致腋芽部位发育异常,花分化能力几乎丧失。单胚柑橘品种本身难以诱导获得胚性愈伤组织,本研究发现FhRWP过表达具有诱导单胚山金柑茎段产生胚性愈伤组织的能力,表明FhRWP具有促进细胞命运向胚性转变的能力。

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综上所述,本研究构建了RWP在不定胚形成过程中的调控网络,揭示了RWP在柑橘生殖发育过程中的多效性,为加速柑橘育种与遗传转化提供了研究基础。

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我校园艺林学学院邓秀新院士为该论文的通讯作者,博士生宋谢天和已毕业博士王楠(现中国农业科学院农业基因组研究所博士后)为该论文的共同第一作者。我校叶俊丽副研究员、柴利军教授为该研究提供了重要指导,我校博士生周银、田啸宇、我校徐强教授、张飞教授、伍小萌教授和谢宗周高级工程师也参与了本研究工作。该研究在国家重点研发计划(2022YFF1003100)、国家现代农业(柑橘)技术体系(No. CARS-26)等项目的资助下完成。

审核人 柴利军 叶俊丽

责任编辑:蒋朝常 刘奕凡