近日，中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院棉花研究所張永山研究員團(tuán)隊(duì)在New Phytologist期刊上發(fā)表題為“Transcriptional and epigenetic dynamics underlying semigamy and haploid induction in Gossypium barbadense”的研究成果。中棉所張永山研究員和朱守鴻副研究員為該論文通訊作者，博士生李騰宇（現(xiàn)受國家留學(xué)基金委資助于德國植物遺傳學(xué)和作物研究所聯(lián)合培養(yǎng)）、研究助理王晨蕾和潘敬文為該論文共同第一作者。

該研究以海島棉高單倍體誘導(dǎo)率的VSg半配合突變體為材料，圍繞雙受精關(guān)鍵過程，開展了系統(tǒng)性的多組學(xué)研究。在細(xì)胞學(xué)層面，該研究發(fā)現(xiàn)與對照植株相比，VSg突變體展現(xiàn)出極核融合及精－卵核融合過程顯著延遲甚至受阻，導(dǎo)致胚和胚乳發(fā)育異常，為半配合的發(fā)生提供了直接的細(xì)胞學(xué)證據(jù)。在轉(zhuǎn)錄組層面，該研究發(fā)現(xiàn)大量差異表達(dá)基因顯著富集于膜融合、細(xì)胞周期調(diào)控及細(xì)胞骨架相關(guān)通路，揭示了核融合障礙是導(dǎo)致半配合生殖和單倍體誘導(dǎo)的關(guān)鍵分子基礎(chǔ)。在表觀遺傳層面，該研究發(fā)現(xiàn)VSg突變體中DNA甲基化發(fā)生動(dòng)態(tài)重塑，差異甲基化基因主要涉及跨膜蛋白、細(xì)胞周期蛋白及驅(qū)動(dòng)染色體運(yùn)動(dòng)的馬達(dá)蛋白。研究結(jié)果表明，細(xì)胞周期進(jìn)程和核融合相關(guān)基因表達(dá)受表觀遺傳調(diào)控影響，共同參與了半配合受精引發(fā)的發(fā)育阻滯與單倍體形成過程，系統(tǒng)揭示了半配合生殖介導(dǎo)單倍體誘導(dǎo)的關(guān)鍵分子通路，闡明了雙受精過程中核融合異常與轉(zhuǎn)錄－表觀遺傳重編程之間的內(nèi)在聯(lián)系，為棉花及其他作物的高效單倍體育種技術(shù)提供了重要的理論依據(jù)。

海島棉半配合生殖介導(dǎo)的單倍體誘導(dǎo)機(jī)制