一种简单且高通量的单花粉基因分型方法，用于研究苹果（Malus x domestica）的减数分裂过程

《Plant Methods》：A simple and high-throughput single pollen genotyping pipeline to study meiosis in apple (Malus x domestica)

花粉作为植物有性繁殖中父本遗传信息的载体，其减数分裂过程涉及基因组重排和单倍体形成，研究其遗传多样性对植物育种和进化研究具有重要意义。本文开发了苹果花粉单细胞基因分型新方法，通过滤膜爆破释放花粉核并利用荧光激活细胞分选技术实现单核分离，直接PCR扩增成功率达85%，无需全基因组扩增。该技术平台可系统研究苹果减数分裂重组、非重组及交叉干扰现象，为非模式作物苹果的生殖机制研究提供高效工具，并具有向其他果树推广的潜力。

　　

摘要

背景

在有性繁殖过程中，花粉是雄性遗传信息的主要载体。在被子植物中，花粉是在花药中通过减数分裂产生的，在此过程中染色体数目减半并发生遗传重组，从而混合了亲本基因组并产生了等位基因变异。因此，花粉的遗传组成对于研究减数分裂和细胞分裂以及一般的遗传变异具有重要意义，其在植物遗传学、育种和进化研究中具有应用价值。单粒花粉基因分型技术最近作为一种强大的工具出现，可用于雄性生殖细胞的遗传特征分析，能够更详细地研究个体配子的遗传多样性和生殖行为。然而，目前单粒花粉基因分型的方法依赖于手动分选和昂贵的全基因组扩增技术。

结果

我们为经济上重要的水果作物苹果开发了一种简单直接的单粒花粉基因分型流程。该方法包括使用过滤器破坏技术高效释放花粉核，然后通过荧光激活细胞分选技术分离单个花粉核。随后，这些单个花粉核直接进行PCR基因分型，无需使用全基因组扩增技术即可实现高达85%的扩增成功率。利用这一优化流程，我们开发了一套用于苹果的多重基因分型工具箱，可用于研究减数分裂重组、减数分裂恢复和交叉互换干扰现象。

结论

总体而言，这种新的苹果单粒花粉基因分型技术能够以单细胞的方式对大量花粉群体进行高通量基因分型，有助于作为非模式作物的苹果的生殖研究，并有可能推广到其他水果物种。