北京市農林科學院許勇團隊解析西瓜雌性系控制基因功能

2019年9月16日，北京市農林科學院許勇團隊在《The Plant Journal》在線發(fā)表了題為“A unique chromosome translocation disruptingClWIP1leads to gynoecy in watermelon”的研究論文。該研究首次闡明了西瓜性別決定的關鍵基因ClWIP1及分子調控機制，并利用基因編輯技術成功創(chuàng)制了首例西瓜人工雌性株，為利用雌性基因快速提高制種效率奠定了重要科學基礎。

普通的西瓜品種是雌雄異花同株植物，在其主莖上按一定的周期順序開幾朵雄花后就會出現1朵雌花。在西瓜雜交制種過程中，需要投入大量的人力進行套帽及授粉，以保證雜交種子的純度。相較于已經廣泛利用的黃瓜雌性系，西瓜雌性系的應用尚屬空白。我國首先于2007年報道了田間發(fā)現1株西瓜雌性株突變體XHBGM，該突變體上只出現雌花，可進一步培育為雜交種的母本，減少授粉成本提高種子純度。但對該雌性突變體產生的分子機理卻知之甚少。

許勇團隊通過對西瓜性別決定機理的深入研究，揭示了該突變體產生的分子機理。研究采用基因定位，染色體免疫熒光觀察等手段發(fā)現了在西瓜雌性突變株XHBGM的2號及3號染色體之間發(fā)生了染色體易位，打斷了原本在2號染色體上的ClWIP1基因。通過對該基因的深入研究，明確了在雌蕊原基中表達的ClWI1基因通過激素途徑控制西瓜產生不同花型的分子機制。同時，課題組研究人員利用CRISPR/Cas9技術對ClWIP1基因進行了基因編輯，成功實現了對任意品種人工創(chuàng)制雌性系的技術。

通過對西瓜性別表現的遺傳及關鍵基因的系統研究，團隊相關研究結果不僅豐富了人們對植物花型及其內在分子機制的了解，還提供了可真正用于西瓜育種產業(yè)的優(yōu)良親本材料。

本論文共同第一作者為北京市農林科學院張潔副研究員，郭紹貴研究員和紀高潔博士，通訊作者為許勇研究員。研究工作受到國家重點研發(fā)計劃、北京學者、北京創(chuàng)新團隊等多個項目資助。