近日，中国农业科学院棉花研究所张永山研究员团队系统解析了海岛棉中半配合生殖介导单倍体诱导的分子调控机制，从细胞学、转录组和表观遗传层面揭示了双受精过程中核融合异常所引发单倍体形成的分子调控机制，为棉花高效单倍体育种技术研究提供了理论支撑。相关研究成果以“Transcriptional and epigenetic dynamics underlying semigamy and haploid induction in Gossypium barbadense”为题发表在国际著名植物学期刊《新植物学家（New Phytologist）》（中科院一区TOP期刊，五年平均IF=10.3）上。

单倍体诱导是加速作物育种和遗传改良的重要技术手段，可以大幅缩短育种时间和节约育种成本。半配合生殖是一种天然罕见的植物受精异常现象，能够产生单倍体和嵌合体植株，为研究单倍体诱导提供了独特的生物学模型，但其调控机制尚不明确。

该研究以海岛棉高单倍体诱导率的VSg半配合突变体为材料，围绕双受精关键过程，开展了系统性的多组学研究。在细胞学层面，该研究发现与对照植株相比，VSg突变体展现出极核融合及精－卵核融合过程显著延迟甚至受阻，导致胚和胚乳发育异常，为半配合的发生提供了直接的细胞学证据。在转录组层面，该研究发现大量差异表达基因显著富集于膜融合、细胞周期调控及细胞骨架相关通路，揭示了核融合障碍是导致半配合生殖和单倍体诱导的关键分子基础。在表观遗传层面，该研究发现VSg突变体中DNA甲基化发生动态重塑，差异甲基化基因主要涉及跨膜蛋白、细胞周期蛋白及驱动染色体运动的马达蛋白。研究结果表明，细胞周期进程和核融合相关基因表达受表观遗传调控影响，共同参与了半配合受精引发的发育阻滞与单倍体形成过程，系统揭示了半配合生殖介导单倍体诱导的关键分子通路，阐明了双受精过程中核融合异常与转录－表观遗传重编程之间的内在联系，为棉花及其他作物的高效单倍体育种技术提供了重要的理论依据。

该研究获得了棉花生物育种及产业技术国家工程研究中心/中国农业科学院棉花研究所自主课题、安阳市科技计划项目、中国农业科学院科技创新工程和国家留学基金委项目等资助。中棉所张永山研究员和朱守鸿副研究员为该论文通讯作者，博士生李腾宇（现受国家留学基金委资助于德国植物遗传学和作物研究所联合培养）、研究助理王晨蕾和潘敬文为该论文共同第一作者。

原文链接：https://doi.org/10.1111/nph.70943

海岛棉半配合生殖介导的单倍体诱导机制