西瓜(Citrullus lanatus(Thunb.)Matsum.&Nakai)是世界上重要的葫芦科经济作物。西瓜以杂交育种为主,高度依赖于有性生殖过程。配子的形成是有性生殖的前提条件,由复杂的遗传网络精准调控,研究配子体发育有助于解析西瓜生殖发育过程、助力良种生产。基因BBM具有调控生殖发育和诱导孤雌生殖的潜能。拟南芥At BBM和At PLT2功能冗余,共同参与调控早期胚胎和胚乳发育,双突引起胚胎败育。单子叶植物狼尾草、玉米和水稻的卵细胞中异位表达BBM基因能够诱导孤雌生殖的发生,对于双单倍体育种和固定杂种优势具有重要意义。本文通过表达模式分析、突变体表型分析以及转录组测序验证了西瓜Cl BBM和Cl PLTbiohybrid system2调控雌雄配子体发育的功能。同时调查了西瓜和拟南芥卵细胞中限制Cl BBM和At BBM表达的抑制作用,并提出多种克服方案,最终实现BBM在卵细胞的异位表达以及诱导孤雌生殖产生单倍体后代。本文为西瓜配子体发育的研究和调控机制解析奠定了基础,也为西瓜和更多双子叶植物中建立孤雌生殖诱导体系提供了新的理论依据。主要研究结果如下:1.Cl BBM与Cl PLT2在西瓜配子体发育过程中表达。西瓜Cl BBM和Cl PLT2编码核定位蛋白,属于AP2/ERF转录因子家族AIL分支。雄配子体发育过程中Cl BBM与Cl PLT2在S9时期的小孢子和绒毡层细胞表达,雌配子体发育过程中Cl BBM与Cl PLT2在FBaricitinib作用G4时期的四核胚囊表达。2.Cl BBM与Cl PLT2共同调控西瓜配子体发育。Cl BBM与Cl PLT2的单突变体没有缺陷表型,双突引起大量花粉败育以及结籽率显著降低。Clbbm/Clplt2双突植株中雄配子体发育在S9时期(四分体释放小孢子时期)开始出现异常,表现为绒毡层提前降解影响小孢子发育,最终导致花粉败育。Clbbm/Clplt2双突植株的雌配子体发育停滞在四核胚囊时期,无法形成有功能的雌配子,最终导致结籽率显著降低。3.Cl BBM与Cl PLT2调控绒毡层发育和花粉壁形成。Cl BBM与Cl PLT2参与绒毡层发育调控网络DYT-TDF1-AMS-MS188-MS1,进而影响绒毡层降解。Cl BBM与Cl PLT2通过参与脂肪酸合成、延伸以及降解途径影响花粉外壁的形成以及小孢子的营养供给。Cl BBM与Cl PLABT-199溶解度T2通过调控纤维素合成代谢、糖代谢、跨膜运输相关基因的表达参与花粉内壁的形成。4.卵细胞对At BBM和Cl BBM的表达存在抑制作用。Cl BBM和Cl PLT2无法在西瓜卵细胞异位表达,拟南芥卵细胞对Cl BBM、Cl PLT2和At BBM的表达存在抑制作用。热激蛋白At HSF4可作为激活因子提高At BBM在卵细胞的异位表达效率,但无法诱导孤雌生殖发生。At EIN3和At RKD5与At BBM的外显子结合,对于At BBM的表达存在抑制作用。5.卵细胞异位表达BBM诱导孤雌生殖。密码子改写将At BBM转换为细菌Ecoli BBML能够在不改变编码蛋白的前提下减少卵细胞潜在抑制因子的作用,实现在卵细胞中异位表达并诱导孤雌胚的产生,目前暂未得到单倍体后代。利用水稻Os BBM部分替换At BBM能够克服卵细胞的抑制作用,实现重组BBM的异位表达并诱导孤雌生殖的发生。其中Os Bbc At Ba的异位表达表达效率最高,并且能够提高单倍体诱导系dmp8/dmp9的单倍体诱导效率。去除抑制因子At RKD5能够实现At BBM在卵细胞异位表达,并诱导孤雌生殖发生得到单倍体后代。6.西瓜花粉、未授粉与授粉1天后胚珠的转录组学研究。西瓜花粉含有大量转录本调控花粉发育和功能维持,对雄配子的形成有重要意义。未授粉胚珠中细胞增殖代谢和维持受精前胚囊静止状态的相关基因高表达,形成有性生殖的保护屏障,同时对于孤雌生殖的诱导存在抑制作用。授粉1天后胚珠含有大量母体转录本,同时胚胎发育相关基因转录水平升高。西瓜中存在46和21个基因分别编码调控胚胎发育的父体转录本和胚胎特异转录本,可用于探索胚胎发生的关键因子。