辣椒合成无融合生殖相关基因CaSPO11-1、CaREC8和CaOSD1的保守性与功能分析

本研究针对辣椒杂交育种成本高、效率低的问题，通过病毒诱导基因沉默(VIGS)等技术系统解析了CaSPO11-1、CaREC8和CaOSD1三个关键基因在减数分裂中的功能。研究发现这些基因沉默会导致染色体配对异常、姐妹染色单体提前分离及二分体形成，首次揭示CaOSD1与APC/C核心亚基的直接互作，为Solanaceae作物合成无融合生殖体系的构建提供了理论依据和技术支撑。

　　

在农业生产中，辣椒作为全球第三大蔬菜作物，其品种改良主要依赖杂交育种，每年需要投入大量资源进行人工杂交。如何固定杂种优势、降低种子生产成本，一直是育种学家面临的重大挑战。合成无融合生殖技术通过模拟天然无性种子形成过程，有望实现杂种优势的永久固定，但目前该技术仅在拟南芥、水稻和番茄等模式植物中取得成功。辣椒作为茄科作物的典型代表，其合成无融合生殖体系的建立仍属空白。

浙江大学农业与生物技术学院园艺系的研究人员针对这一科学问题，在《Horticultural Plant Journal》发表了关于辣椒合成无融合生殖关键基因功能解析的重要研究。通过系统分析CaSPO11-1、CaREC8和CaOSD1三个基因在减数分裂中的保守功能及其调控机制，为茄科作物合成无融合生殖体系的构建奠定了理论基础。

研究人员采用病毒诱导基因沉默(VIGS)技术构建基因沉默植株，结合qRT-PCR分析基因表达模式，通过石蜡切片和DAPI染色观察减数分裂过程，利用酵母双杂交(Y2H)、荧光互补(LCI)和免疫共沉淀(Co-IP)等技术鉴定蛋白互作网络，并开展转录组测序(RNA-seq)分析基因调控网络。

研究结果部分，3.1节通过系统进化分析发现这三个基因在单子叶和双子叶植物中形成明显分支，且含有特征性保守结构域。3.2节表达模式分析显示，三个基因均在减数分裂早期的花蕾中高表达，亚细胞定位显示CaSPO11-1定位于膜和细胞核，而CaREC8和CaOSD1仅定位于细胞核。3.3节发现单独沉默CaSPO11-1或CaREC8会显著降低花粉活力，而同时沉默三个基因反而恢复花粉正常形态。3.4节减数分裂观察显示，CaSPO11-1沉默导致同源染色体配对异常，CaREC8沉默引起姐妹染色单体提前分离，CaOSD1沉默则导致减数分裂II期缺失形成二分体。3.5节转录组分析发现这些基因沉默会显著影响DNA结合、重组和修复相关基因的表达。3.6节蛋白互作研究首次揭示CaOSD1直接与APC/C复合体的CaAPC7/8/10核心亚基相互作用。

在讨论部分，研究人员指出这些基因在辣椒中的功能与拟南芥、水稻等模式植物高度保守，证实了合成无融合生殖关键基因的功能普适性。特别值得注意的是，与拟南芥中OSD1仅与APC/C激活因子互作不同，辣椒CaOSD1直接与APC/C核心亚基结合，暗示茄科植物可能存在独特的调控机制。此外，CaOSD1还可能与DNA错配修复蛋白CaMLH1互作，并参与植物胁迫响应，显示出多功能的调控特性。

该研究不仅首次系统解析了辣椒中合成无融合生殖相关基因的功能，还发现了茄科植物特有的调控网络，为今后在辣椒等茄科作物中建立合成无融合生殖体系提供了重要理论依据。特别是对CaOSD1与APC/C复合体互作机制的阐明，为克服当前技术瓶颈、开发适合茄科作物的MiMe策略指明了新方向。这项成果将推动蔬菜作物育种技术的革新，对实现杂种优势固定、降低种子生产成本具有重要应用价值。