無核是柑橘、葡萄、西瓜等果蔬園藝作物育種的重要目標。柑橘是世界第一大水果，無核果實備受鮮食市場青睞。但無核性狀形成的分子機理尚不明晰，制約了無核新品種高效培育。芽變由穩定的體細胞突變引起，是柑橘等多年生果樹的重要育種手段。無核芽變在柑橘中常有發生，如“黔陽無核”椪柑、“華柑4號”椪柑等。揭示柑橘無核突變的成因，有助于理解無核性狀形成的遺傳基礎，對加速柑橘無核分子育種具有重要意義。
近日，JIPB在線發表了我校園藝林學學院、果蔬園藝作物種質創新與利用全國重點實驗室、湖北洪山實驗室郭文武教授/伍小萌教授團隊題為“Somatic variations in the meiosis-specific gene CrMER3 confer seedlessness in a citrus bud sport”的研究論文，該研究揭示了減數分裂基因CrMER3自然突變導致無核椪柑雌雄不育和果實無核的分子機理，為柑橘無核育種提供了重要基因資源及分子標記輔助策略，對果實無核遺傳改良具有重要意義。
該研究以有核椪柑品種（EG）為對照，發現體細胞突變品種無核椪柑（QS）花器官形態正常，但成熟花粉無活力，果實無核；用有活力的EG花粉對QS授粉后果實仍無核，表明QS雌雄均不育。為確定QS雌雄不育原因，首先觀察減數分裂產物四分體，發現QS中出現大量異常多分體（81.67%）（圖1J）；進而觀察減數分裂不同階段染色體行為，發現QS從終變期開始發生異常，染色體交叉（CO）數量顯著減少，產生大量單價體，隨后出現不均等分離、落后染色體等異常現象。以上結果表明，減數分裂異常是QS雌雄不育的原因。
為探究QS無核變異位點，利用Pacbio結合Illumina測序數據，組裝了EG和QS基因組，重點篩選與QS減數分裂異常表型類似的基因變異。發現QS的CrMER3基因區特異存在1個103 bp缺失。Sanger測序表明EG存在2個CrMER3等位基因CrMER3A和CrMER3a；與CrMER3A相比，CrMER3a由于編碼區單堿基T缺失而提前終止，產生截短型蛋白。而QS中CrMER3A基因區段內發生103 bp缺失導致蛋白編碼提前終止，將其命名為CrMER3A-103 bp。QS中2個等位基因CrMER3a和CrMER3A-103 bp均無法編碼功能性CrMER3蛋白。研究人員通過CrMER3和CrREC8雙免疫熒光定位證明QS中CrMER3功能完全缺失。
為驗證CrMER3基因功能，對短童期柑橘模式植物山金柑（F. hindsii）MER3基因進行編輯，獲得的純合編輯植株表型均與QS一致，表現為花器官發育正常，花粉無育性，減數分裂紊亂，產生異常四分體。在柑橘種質資源中檢測CrMER3基因型，發現功能缺失的CrMER3a等位基因可能起源于原始的野生橘—‘莽山野橘’；隨后通過馴化傳遞到傳統的栽培橘，如椪柑、紅橘和砂糖橘等；再通過雜交途徑分布到現代柑橘栽培品種，如雞尾葡萄柚、‘不知火’橘橙等雜柑。根據CrMER3a變異位點，團隊設計并開發了KASP標記，驗證了其在不同柑橘類型中的有效性，為柑橘無核育種親本選配及雜種后代早期篩選提供了快速高效且低成本的分子標記，并已創制一批潛在無核新種質。這是國際上柑橘核不育細胞與分子機理解析、無核標記開發并用于育種的首例報道，為柑橘無核種質創制與新品種培育提供了一條新途徑。
我校園藝林學學院、果蔬園藝作物種質創新與利用全國重點實驗室博士研究生樊燕杰為該論文第一作者，郭文武教授和伍小萌教授為該論文的通訊作者，楊超教授、張飛教授、焦文標教授、解凱東副教授、譚豐全博士參與了研究指導工作。博士生杜澤臻、何星怡、劉子昂、莊季昕、肖公傲、段耀園參與了該研究。揚州大學程祝寬研究員在減數分裂基因篩選方面提供了寶貴建議，華中農業大學林宗成教授提供了擬南芥回補載體，鄧秀新院士、匡漢暉教授、陳春麗教授也提供了指導性建議和技術支持。該研究受“十四五”國家重點研發計劃項目、國家自然科學基金聯合基金重點項目、中央高校基本科研業務費專項資金和國家現代農業（柑橘）產業技術體系資助。
原文鏈接：http://doi.org/10.1111/jipb.13872
日期：2025-03-06
近日，JIPB在線發表了我校園藝林學學院、果蔬園藝作物種質創新與利用全國重點實驗室、湖北洪山實驗室郭文武教授/伍小萌教授團隊題為“Somatic variations in the meiosis-specific gene CrMER3 confer seedlessness in a citrus bud sport”的研究論文，該研究揭示了減數分裂基因CrMER3自然突變導致無核椪柑雌雄不育和果實無核的分子機理，為柑橘無核育種提供了重要基因資源及分子標記輔助策略，對果實無核遺傳改良具有重要意義。
該研究以有核椪柑品種（EG）為對照，發現體細胞突變品種無核椪柑（QS）花器官形態正常，但成熟花粉無活力，果實無核；用有活力的EG花粉對QS授粉后果實仍無核，表明QS雌雄均不育。為確定QS雌雄不育原因，首先觀察減數分裂產物四分體，發現QS中出現大量異常多分體（81.67%）（圖1J）；進而觀察減數分裂不同階段染色體行為，發現QS從終變期開始發生異常，染色體交叉（CO）數量顯著減少，產生大量單價體，隨后出現不均等分離、落后染色體等異常現象。以上結果表明，減數分裂異常是QS雌雄不育的原因。
為探究QS無核變異位點，利用Pacbio結合Illumina測序數據，組裝了EG和QS基因組，重點篩選與QS減數分裂異常表型類似的基因變異。發現QS的CrMER3基因區特異存在1個103 bp缺失。Sanger測序表明EG存在2個CrMER3等位基因CrMER3A和CrMER3a；與CrMER3A相比，CrMER3a由于編碼區單堿基T缺失而提前終止，產生截短型蛋白。而QS中CrMER3A基因區段內發生103 bp缺失導致蛋白編碼提前終止，將其命名為CrMER3A-103 bp。QS中2個等位基因CrMER3a和CrMER3A-103 bp均無法編碼功能性CrMER3蛋白。研究人員通過CrMER3和CrREC8雙免疫熒光定位證明QS中CrMER3功能完全缺失。
為驗證CrMER3基因功能，對短童期柑橘模式植物山金柑（F. hindsii）MER3基因進行編輯，獲得的純合編輯植株表型均與QS一致，表現為花器官發育正常，花粉無育性，減數分裂紊亂，產生異常四分體。在柑橘種質資源中檢測CrMER3基因型，發現功能缺失的CrMER3a等位基因可能起源于原始的野生橘—‘莽山野橘’；隨后通過馴化傳遞到傳統的栽培橘，如椪柑、紅橘和砂糖橘等；再通過雜交途徑分布到現代柑橘栽培品種，如雞尾葡萄柚、‘不知火’橘橙等雜柑。根據CrMER3a變異位點，團隊設計并開發了KASP標記，驗證了其在不同柑橘類型中的有效性，為柑橘無核育種親本選配及雜種后代早期篩選提供了快速高效且低成本的分子標記，并已創制一批潛在無核新種質。這是國際上柑橘核不育細胞與分子機理解析、無核標記開發并用于育種的首例報道，為柑橘無核種質創制與新品種培育提供了一條新途徑。
我校園藝林學學院、果蔬園藝作物種質創新與利用全國重點實驗室博士研究生樊燕杰為該論文第一作者，郭文武教授和伍小萌教授為該論文的通訊作者，楊超教授、張飛教授、焦文標教授、解凱東副教授、譚豐全博士參與了研究指導工作。博士生杜澤臻、何星怡、劉子昂、莊季昕、肖公傲、段耀園參與了該研究。揚州大學程祝寬研究員在減數分裂基因篩選方面提供了寶貴建議，華中農業大學林宗成教授提供了擬南芥回補載體，鄧秀新院士、匡漢暉教授、陳春麗教授也提供了指導性建議和技術支持。該研究受“十四五”國家重點研發計劃項目、國家自然科學基金聯合基金重點項目、中央高校基本科研業務費專項資金和國家現代農業（柑橘）產業技術體系資助。
原文鏈接：http://doi.org/10.1111/jipb.13872
日期：2025-03-06
