Транслокация на хромосоме 6 вызывает нарушения в мейозе и снижает количество семян у арбуза

Арбуз (Citrullus lanatus) — важная экономически садовая культура и один из пяти самых потребляемых в мире свежих фруктов. Бессемянные (малосемянные) сорта предпочтительнее для потребителей, обладают лучшим качеством плодов и приносят больше экономической выгоды производителям.

Традиционные бессемянные арбузы в основном являются триплоидными, что имеет ряд недостатков: трудоёмкий процесс получения коммерческих триплоидных семян F1, их низкая урожайность и высокая стоимость, сложности с проращиванием и позднее созревание растений. Диплоидные малосемянные арбузы можно получить через мутацию репродуктивных генов или хромосомную транслокацию, ведущую к дефектам в мейозе, однако детальные механизмы их формирования остаются малоизученными.

Новая спонтанная линия с хромосомной транслокацией «148» демонстрирует малосемянный фенотип в гибриде F1, но при самоопылении даёт нормальное количество семян. Результаты перекрёстного опыления показали, что снижение числа семян у гибридной линии «2018-z-4» вызвано полустерильностью женских гамет. Исследование поведения хромосом во время мейоза выявило, что полустерильность гамет вызвана реципрокной транслокацией хромосом.

Полногеномное ресеквенирование и анализ генетического картирования показали, что транслокация региона размером 2.09 Мб на хромосоме 6 вызывает дефекты во время мейоза, что приводит к формированию диплоидного малосемянного арбуза. Однако минимальная длина фрагмента, необходимая для создания такого арбуза путём хромосомной транслокации, ещё требует подтверждения.

Искусственная индукция хромосомной транслокации уже успешно проведена на Arabidopsis и кукурузе с использованием технологии CRISPR-Cas9. «Технология редактирования генома CRISPR-Cas9 имеет большой потенциал для реструктуризации геномов арбуза с целью получения бессемянных форм», — отметил профессор Ли Юань. Таким образом, технологии редактирования генома могут облегчить селекцию малосемянного арбуза.

Учёные предложили модель, объясняющую малосемянный фенотип арбуза и лежащие в его основе изменения в мейозе во время развития семян. Это исследование предлагает новый перспективный метод для селекции диплоидного малосемянного арбуза, а также даёт ориентир по размеру фрагмента для селекции таких арбузов путём искусственно индуцированной хромосомной транслокации.

Исследование опубликовано в журнале Horticulture Research.