2019年9月16日，北京市農(nóng)林科學(xué)院許勇團(tuán)隊(duì)在《The Plant Journal》在線發(fā)表了題為“A unique chromosome translocation disruptingClWIP1leads to gynoecy in watermelon”的研究論文。該研究首次闡明了西瓜性別決定的關(guān)鍵基因ClWIP1及分子調(diào)控機(jī)制，并利用基因編輯技術(shù)成功創(chuàng)制了首例西瓜人工雌性株，為利用雌性基因快速提高制種效率奠定了重要科學(xué)基礎(chǔ)。

普通的西瓜品種是雌雄異花同株植物，在其主莖上按一定的周期順序開幾朵雄花后就會出現(xiàn)1朵雌花。在西瓜雜交制種過程中，需要投入大量的人力進(jìn)行套帽及授粉，以保證雜交種子的純度。相較于已經(jīng)廣泛利用的黃瓜雌性系，西瓜雌性系的應(yīng)用尚屬空白。我國首先于2007年報(bào)道了田間發(fā)現(xiàn)1株西瓜雌性株突變體XHBGM，該突變體上只出現(xiàn)雌花，可進(jìn)一步培育為雜交種的母本，減少授粉成本提高種子純度。但對該雌性突變體產(chǎn)生的分子機(jī)理卻知之甚少。

許勇團(tuán)隊(duì)通過對西瓜性別決定機(jī)理的深入研究，揭示了該突變體產(chǎn)生的分子機(jī)理。研究采用基因定位，染色體免疫熒光觀察等手段發(fā)現(xiàn)了在西瓜雌性突變株XHBGM的2號及3號染色體之間發(fā)生了染色體易位，打斷了原本在2號染色體上的ClWIP1基因。通過對該基因的深入研究，明確了在雌蕊原基中表達(dá)的ClWI1基因通過激素途徑控制西瓜產(chǎn)生不同花型的分子機(jī)制。同時(shí)，課題組研究人員利用CRISPR/Cas9技術(shù)對ClWIP1基因進(jìn)行了基因編輯，成功實(shí)現(xiàn)了對任意品種人工創(chuàng)制雌性系的技術(shù)。

通過對西瓜性別表現(xiàn)的遺傳及關(guān)鍵基因的系統(tǒng)研究，團(tuán)隊(duì)相關(guān)研究結(jié)果不僅豐富了人們對植物花型及其內(nèi)在分子機(jī)制的了解，還提供了可真正用于西瓜育種產(chǎn)業(yè)的優(yōu)良親本材料。

本論文共同第一作者為北京市農(nóng)林科學(xué)院張潔副研究員，郭紹貴研究員和紀(jì)高潔博士，通訊作者為許勇研究員。研究工作受到國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、北京學(xué)者、北京創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)等多個(gè)項(xiàng)目資助。