基于CsPDS5基因的CAPS-TaqMan双重PCR技术：大麻性别鉴定的革命性突破

为解决大麻(Cannabis sativa)早期性别鉴定难题，研究团队通过生物信息学筛选Y染色体特异基因CsPDS5，开发出单次PCR即可区分XX/XY基因型的CAPS-TaqMan双重检测体系。该技术跨越14个品种500余样本验证，准确率达100%，为工业大麻育种和药用生产提供高效分子工具。

　　

大麻作为一种具有重要经济价值的作物，其性别决定直接影响纤维质量与药用成分生产。雌株(XX)富含大麻素(cannabinoids)，而雄株(XY)则以优质纤维见长。然而在开花前，大麻植株无法通过表型区分性别，这给定向育种和工业生产带来巨大挑战。现有基于MADC6等Y染色体标记的检测方法需额外设置常染色体对照，且存在转座子插入导致的假阴性风险。

针对这一技术瓶颈，Ainhoa Riera-Begue等研究团队在《Planta》发表创新性成果。研究人员首先建立生物信息学筛选流程：通过比较雌雄株RNA-seq数据，结合k-mer分析和TPM表达量过滤，从379个候选基因中锁定25个Y染色体特异转录本。其中与拟南芥PDS5同源的CsPDS5基因因X/Y染色体间存在EcoRI酶切位点差异（Y染色体特有GAATTC序列），成为理想标记靶点。

关键技术包括：1）基于14个工业大麻品种的基因组比对验证标记保守性；2）开发CAPS-PCR体系（419bp扩增产物经EcoRI消化后，XX样本保持完整条带，XY样本产生157bp/262bp片段）；3）升级为TaqMan双探针检测（FAM标记Y等位基因，VIC标记X等位基因）。研究特别验证了该技术对单雌性(monoecious)品种和杂交群体（如'FINOLA'×'Felina 32'F₂代）的适用性。

主要研究结果：

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   基因筛选验证：通过严格表达量筛选（雄性TPM>10，雌性TPM=0）获得25个高置信度Y染色体基因，其中CsPDS5在X/Y染色体间存在3bp关键差异。跨品种比对显示该多态性在'Kompolti'等6个工业大麻和'Ace High 3-2'等药用品种中高度保守。

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   CAPS检测体系：在312个'FINOLA'样本（涵盖幼苗至开花期不同组织）中实现100%准确率。如图1所示，XX基因型仅显示419bp条带，XY基因型则呈现419bp/262bp/157bp三带型。

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   跨品种适用性：在6个雌雄异株(dioecious)和8个雌雄同株(monoecious)品种测试中，所有单雌性品种均显示XX模式，证实其遗传基础。图2展示代表性品种的凝胶电泳结果，其中'Felina 32'等单雌性品种与雌株呈现相同条带模式。

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   TaqMan高通量检测：通过双荧光探针设计，实现XX样本（仅VIC信号）与XY样本（VIC+FAM信号）的明确分型（图2d），为大规模育种提供解决方案。

该研究突破性地解决了三大技术难题：1）首次利用功能性基因（非转座子序列）作为性别标记；2）单次PCR同时检测X/Y染色体多态性，无需内参对照；3）兼容常规电泳与高通量检测平台。研究者提出的生物信息学筛选策略（图4）可推广至其他雌雄异株物种的性别标记开发，为作物育种和性别决定机制研究提供普适性方法学框架。

讨论部分强调，尽管环境因素（如乙烯抑制剂）可影响性别表达，但500余样本的完美基因型-表型关联证实大麻性别主要受XY系统控制。该技术已应用于爱尔兰研究委员会资助的工业大麻育种项目，将显著缩短育种周期并降低生产成本。未来研究可扩展至大麻性别决定基因的功能解析及其与次生代谢产物合成的调控网络研究。