中国近年来一直是世界上西瓜生产第一大国，每年西瓜杂交种用量巨大。西瓜杂交制种过程多采用人工辅助授粉，西瓜杂交种生产存在费时、费工、成本高且纯度难以保证等问题。雄性不育材料作为杂种优势利用和杂交种生产的优良材料，不仅可以避免人工去雄所消耗的人力物力，大大减少劳动力的投入和限制，降低种子生产成本。挖掘和鉴定花粉育性决定基因是雄性不育系创制的基础和关键所在。然而，目前关于花粉育性的研究主要集中在模式植物中，在西瓜等葫芦科作物中的相关研究较少，西瓜花粉育性形成的分子机制仍不明晰，可利用的育性决定基因也较少。因此，探究西瓜调控花粉发育和成熟的分子机理，可促进对西瓜雄性生殖发育过程的研究，为创制雄性不育材料提供理论基础。
近期，西北农林科技大学李征教授课题组完成的题为“Enhancer of Shoot Regeneration 2 (ESR2) regulates pollen maturation and vitality in watermelon (Citrullus lanatus)” 的研究在Journal of Integrative Agriculture (《农业科学学报》(英文)，JIA) 2024年10期正式发表。
课题组前期在雄花发育过程中发现一个显著上调表达的乙烯响应因子基因Cla97C05G108020，其属于ERF超家族的VIIIb亚类成员ESR2的同源物。实时定量和原位杂交结果显示ClESR2在雄花花蕾中响应乙烯诱导且表达量随着花药发育过程不断积累，并在花药发育后期的绒毡层和小孢子中显著表达。
过表达ClESR2后的西瓜植株在花粉发育后期表现出花粉畸形、败育；过表达植株转录组中绒毡层发育通路相关基因及孢粉素合成基因表达下调。RNA-seq和蛋白互作分析证实，ClESR2通过在转录和蛋白水平上与绒毡层发育相关通路基因相互作用，调控花粉形态和育性。文章明确了ClESR2在花粉成熟和活力维持中的调控作用，本研究有助于了解西瓜雄性生殖发育，为开发雄性不育材料提供理论依据。
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Hu Wang, Lihong Cao, Yalu Guo, Zheng Li, Huanhuan Niu. 2024. Enhancer of Shoot Regeneration 2 (ESR2) regulates pollen maturation and vitality in watermelon (Citrullus lanatus). Journal of Integrative Agriculture, 23(10): 3506-3521.
研究团队简介
| 图文由西北农林科技大学园艺学院李征教授团队提供
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