柑橘是我国南方最重要的水果，无核（无籽）果实由于食用方便备受消费者和市场青睐，培育无核果实是柑橘重要育种目标之一。倍性杂交创制三倍体是柑橘无核种质创新的重要途径。永利集团3044am官方入口郭文武教授团队针对我国柑橘原产果实种子多问题，10多年来以我国地方特色有核品种为母本（二倍体）与四倍体为父本倍性杂交，创制了一大批三倍体新种质，培育了系列无核优质新品种（新品系）。但三倍体胚在发育早期常因胚乳发育异常导致败育，需要开展大量的幼胚离体挽救培养才能获得三倍体有性后代，费时费力。探究柑橘倍性杂交胚乳发育异常的原因并鉴定关键基因，将有助于获得无须幼胚离体挽救的倍性育种亲本，大幅提升三倍体创制效率。印记基因在植物倍性杂交胚乳发育过程中发挥着重要作用，但柑橘中尚未系统鉴定，发掘柑橘印记基因将有助于提高倍性育种效率，助力三倍体无核种质创新。
近日，永利集团3044am官方入口、果蔬园艺作物种质创新与利用全国重点实验室郭文武教授团队在《The Plant Journal》发表了题为“Comprehensive analysis of imprinted genes in citrus endosperm and their contributions to seed development”的研究论文。该研究以两对正反杂交组合（克里曼丁橘 × 椪柑、椪柑 × 克里曼丁橘；早金甜橙 × 椪柑、椪柑 × 早金甜橙）的胚乳为材料，通过对其发育进程细胞学观察，确定了胚乳细胞化的关键发育时期（图1）。采用激光显微切割技术对不同发育时期和不同正反交组合的胚乳细胞进行精细取样并进行转录组测序分析，首次在柑橘中鉴定出296个印记基因（包含263个母本印记基因和33个父本印记基因）；其中仅7.9%~20.5%其同源基因在拟南芥、水稻等植物中同样被鉴定为印记基因，表明印记基因在不同植物间的保守性相对有限。对其在柑橘不同组织的表达分析发现，父本印记基因更倾向于在胚乳中特异性表达，且不同发育阶段呈动态印记表达。
图1 柑橘正反杂交组合胚乳发育观察
进一步分析发现柑橘母本印记基因启动子区显著富集高甲基化水平的Mutator型转座子，表明转座子介导的表观修饰可能参与柑橘印记基因形成。通过异源过表达柑橘特有父本印记基因CsPEG1可导致拟南芥种子发育缺陷，种子败育率显著增加（21.75% ~ 37.6%），胚乳细胞化延迟，与柑橘倍性杂交胚乳发育异常表型相似，表明印记基因可调控种子发育（图2）。本研究首次在柑橘系统鉴定了印记基因，并揭示了其表达特征和形成机制，为未来培育无须幼胚离体挽救的倍性杂交育种亲本，解决三倍体幼胚败育问题进而高效培育柑橘三倍体无核新种质提供了理论支撑。
图2 CsPEG1过表达导致拟南芥种子败育与胚乳细胞化延迟
永利集团3044am官方入口博士研究生和晶晶、胡港为该论文共同第一作者；永利集团3044am官方入口解凯东副教授、湖北省农科院果树茶叶研究所夏强明博士为该论文的共同通讯作者；郭文武教授和伍小萌教授对该论文的构思和写作提供了重要指导；研究生申明耀、樊燕杰和师小舒参与了部分实验与分析。该研究依托永利集团3044am官方入口果蔬园艺作物种质创新与利用全国重点实验室平台，受到国家重点研发计划课题、国家自然科学基金和国家现代农业（柑橘）产业技术体系等项目资助。
原文链接：http://dx.doi.org/10.1111/tpj.70290
文字：和晶晶
审核：解凯东
