西瓜（Citrullus lanatus (Thunb.) Matsum. & Nakai）是世界上重要的果菜類經濟作物。無籽西瓜因其食用友善、品質優、耐貯運等諸多優勢成為國内外主栽類型之一。目前商品市場占比60%以上的無籽西瓜是通過以下兩種途徑獲得：（1）通過傳統四倍體母本和二倍體父本雜交選育産生三倍體無籽西瓜；（2）利用植物生長調節劑CPPU誘導形成未受精無籽西瓜。四倍體母本選育周期長、F1代種子産量低、成本高、萌發難和品質下降、消費者食品安全顧慮是分别制約無籽西瓜産業健康增産的主要限制因素。是以，研發二倍體無籽西瓜育種技術創新體系，加快無籽西瓜選育程序，提高生産效率，是助力無籽西瓜産業化節本增效的重大技術和産業需求。 前期本課題組在New Phytologist雜志首次報道了在西瓜自交系材料中，通過操控SPOROCYTELESS（SPL） 基因阻斷母本種子發育過程的手段，開發了一種新型有效的二倍體無籽西瓜育種技術體系。在此基礎上，如何打破自交系材料限制，實作基因型不依賴的二倍體無籽西瓜技術體系研發的重大攻關，同時加大縮短創制周期的幅度，是無籽西瓜産業擴面提速的技術和産業焦點問題。2024年10月4日，西北農林科技大學袁黎教授課題組在Nature Plants線上發表了題為“A sexually and vegetatively reproducible diploid seedless watermelon inducer via ClHAP2 mutation”的論文。該研究首次創新研發了一種可自我繁殖通用型二倍體無籽西瓜誘導體系，利用該誘導系可成功實作基因型不依賴的二倍體無籽西瓜高效創制，為無籽西瓜高效生物育種提供了全新技術思路和産業解決政策，也為其他無籽果實作物高效創制提供了新的切入點。雙受精是種子形成的關鍵過程。本研究通過生物資訊學方法分析、鑒定得到西瓜雙受精關鍵調控基因ClHAP2（HAPLESS2）。利用CRISPR/Cas9基因編輯技術敲除ClHAP2，創制了缺失富含組氨酸結構域（His-rich）的突變體Clhap2。突變體形态學和生理特征表型檢測表明，其營養生長和花粉生理特性正常。Clhap2做母本與野生型WT雜交，種子發育正常。而Clhap2做父本與野生型雜交或自交時，表現果實僅産生極少量種子的理想表型。半薄石蠟切片法細胞學精細表型檢測，确認了無籽是精卵細胞無法正常融合所緻。不同品種誘導實驗結果證明Clhap2可誘導任何西瓜品種形成無籽果實，表明Clhap2誘導系不僅可自我繁殖，同時打破了基因型依賴。此外，為消除消費者對個别籽粒産生的食品安全顧慮，徹底分離掉了Clhap2後代中的T-DNA插入。
圖1. Clhap2介導的二倍體無籽西瓜誘導系品質是否受影響是檢驗誘導系創制成功的另一核心标準。本研究利用植物生長調節劑CPPU誘導三種西瓜商品種‘LLW’、‘8424’、‘京母（JM）’，形态學和生理名額測定顯示，無籽果實表現出歪果、裂果等形态異常和果肉硬度顯著提高的突出問題，而Clhap2誘導的無籽果實與商品種自交果實相比上述名額無顯著差異。本研究首創的二倍體無籽西瓜誘導系為加速二倍體無籽西瓜育種程序和生産規模化應用提供了全新技術視角。
西北農林科技大學園藝學院已畢業博士陳鑫兒為該論文第一作者，西北農林科技大學園藝學院瓜類作物種質資源與遺傳育種團隊袁黎教授為通訊作者。崖州灣國家種子實驗室楊維才院士提供了寶貴建議。團隊張顯教授、劉曼副教授及田樹娟和王家發老師參與了本研究。本研究得到國家重點研發計劃（SQ2023YFE0201239）、國家青年人才計劃（A279021801）、國家自然科學基金面上項目（32372734）、國家現代農業産業技術體系（CARS-25）、廣東省重點研發計劃項目（2022B0202060001）、陝西省重點研發計劃（2023-YBNY-008）和陝西省自然科學基金（2022JM-112）的資助。
圖2.利用二倍體無籽西瓜誘導系Clhap2創制無籽西瓜示意圖
團隊介紹袁黎教授課題組長期從事瓜類作物重點高效分子育種技術體系研發及優質新種質/新品種創制應用研究，近五年來，建立了西瓜基因型不依賴的高效穩定轉化、高效基因編輯和精準單堿基編輯、可自我繁殖的二倍體無籽西瓜誘導系、單倍體誘導系等一系列産業亟需的關鍵共性育種技術創新體系。以第一或通訊作者在Developmental Cell、Cell Research、Plant Cell、New Phytologist、Journal of Integrative Plant Biology、Horticulture Research等國際權威學術刊物發表論文30餘篇，創制瓜類優異新材料、新種質100餘份，培育瓜類新品種4個，授權/申請國家發明專利12件。
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