《Molecular Breeding》：Integration of iaa9-3 parthenocarpy and stigma exsertion for hybrid seedless tomato breeding
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为降低杂交番茄种子生产成本并提升种子纯度，研究人员通过将Style2.1基因调控的长柱头外露性状与iaa9-3突变诱导的强单性结实性相结合，成功选育出优良品系APi7-4-5。该品系在温室与田间条件下均能完全抑制自交、并在花前即具高柱头可授性，从而实现了无需去雄的高效杂交制种，同时Style2.1的半显性效应还提升了F1代无籽果实的比例与均匀度，为番茄杂交种子生产提供了切实可行的新策略。
番茄，这种我们餐桌上的常客，其育种过程却充满挑战。传统的番茄品种为了保障产量，在驯化过程中淘汰了柱头外露（Stigma exsertion）这一性状，使得花朵倾向于自花授粉（自交）。这对于保持品种纯度和稳定产量本是好事，但对于生产杂交种子（结合了双亲优点的F1代种子）的育种家来说，却意味着巨大的成本——他们必须在开花前手工去除母本花朵的雄蕊（去雄），以防止其自交，保证杂交种子的纯度。这一过程极其耗时耗力，严重制约了杂交番茄种子的生产和推广。
与此同时，市场对无籽番茄的需求日益增长，这通常通过利用单性结实（Parthenocarpy，即不经授粉受精也能发育成果实）的性状来实现。然而，现有的单性结实番茄品系（如携带pat-2等突变的品系）在用于杂交制种时，常常面临两个主要问题：一是其单性结实能力不稳定，果实坐果率低；二是即便作为母本，其未被去雄的花朵仍可能发生自交，导致产生的“无籽”果实中混杂了有籽果实，影响商品均一性和种子生产纯度。
那么，能否找到一种两全其美的方法？既能避免繁琐的去雄操作，降低杂交种子生产成本，又能稳定生产高纯度的无籽杂交番茄？早在上世纪80年代，就有科学家提出了一个设想：将柱头外露（防止自交）和单性结实（产生无籽果实）这两个性状结合起来。柱头外露的物理屏障可以阻止本花花粉落到柱头上，从而实现“功能性雄性不育”，省去除雄步骤；而单性结实则确保在未受精情况下果实正常发育。但多年来的实践尝试均未成功，主要卡在柱头外露性状不稳定、单性结实能力弱以及杂交种子产量低等关键瓶颈上。
近期，一项发表在《Molecular Breeding》上的研究为这一老问题带来了突破性的新方案。研究团队创造性地将Style2.1基因调控的长柱头外露性状，与iaa9-3突变（一种生长素响应因子基因的突变）诱导的强单性结实性相结合，成功培育出一个名为APi7-4-5的优良番茄品系。他们的研究发现，这一组合不仅完美实现了预想的目标，还带来了额外的惊喜。
为了开展这项研究，研究人员主要运用了以下几项关键技术方法：首先，他们采用了常规杂交与回交育种结合表型与基因型选择的策略，利用叶形和柱头外露等表型标记，以及针对Style2.1启动子区域的PCR分子标记，从三个亲本（栽培种Aichi First、野生种S. pimpinellifoliumP12和Micro-Tom iaa9-3突变体）的后代中精准选育出目标品系APi7-4-5。其次，他们通过实时定量PCR（RT-qPCR）分析了Style2.1基因的表达模式。再者，研究利用ImageJ软件图像分析精确测量了花器官各部分的长度，以量化柱头外露程度。此外，通过人工授粉与花粉管体内观察技术（使用苯胺蓝染色和荧光显微镜），评估了不同发育阶段柱头的可授性和花粉管生长情况。最后，他们还借助扫描电子显微镜（SEM）观察了柱头表面的微观结构变化，以解释其可授性差异。
研究结果
1. 成功培育出兼具长柱头外露与强单性结实的APi7-4-5品系
研究人员通过多代杂交与选择，成功将来自野生番茄P12的Style2.1基因和来自Micro-Tom的iaa9-3突变导入栽培背景，获得了纯合品系APi7-4-5。分子检测证实该品系携带野生型Style2.1等位基因，且其表达量介于亲本之间。表型上，APi7-4-5表现出典型的iaa9-3单性结实突变体的简单叶形态，以及显著的长柱头外露花器结构，并能在未授粉条件下发育成无籽果实。
2. APi7-4-5表现出稳定且显著的长柱头外露表型
无论在温室还是大田条件下，APi7-4-5的柱头在开花前（-2天）就已开始外露，至开花当日（0DAA）达到峰值（温室>4毫米，大田约2.5毫米），显著高于其野生亲本P12。这种外露主要由花柱（Style）和整个雌蕊（Pistil）的伸长驱动。值得注意的是，温室中更高的温度似乎促进了柱头外露的程度。
3. 长柱头外露有效阻止自交，保障稳定单性结实
在未进行任何人工干预（不去雄）的情况下，APi7-4-5在温室和大田中的自然坐果率均超过93%，且所有果实均为完全无籽。这与仅携带iaa9-3的其他品系形成了鲜明对比，后者在同样条件下会因自交产生大量（最高达89.7%）有籽果实。这表明，APi7-4-5的长柱头外露构成了有效的物理屏障，完全抑制了自花授粉，从而确保了纯粹的单性结实果实发育。
4. APi7-4-5柱头在花前即具高可授性，支持高效杂交制种
研究发现，APi7-4-5的柱头在开花前1天（-1DAA）就已具备与开花当日（0DAA）相似的高可授性，花粉能够良好粘附、萌发并长出花粉管，最终结出与正常授粉无差异的足量种子。扫描电镜显示，此时柱头表面已形成成熟的褶皱结构，利于花粉附着。而在开花前2天（-2DAA），柱头表面尚未完全成熟，可授性较低。这一发现至关重要，因为它意味着可以在花药尚未成熟散粉之前就对APi7-4-5进行授粉，从而实现“无需去雄”的杂交制种操作。
5. Style2.1的半显性效应提升F1杂交种性能
当以APi7-4-5为母本与柱头内嵌的iaa9-3品系（Ai-27-7）杂交时，产生的F1代植株表现出中等程度的柱头外露。与纯合内嵌柱头的亲本Ai-27-7相比，F1代中因自交产生的有籽果实比例从87.28%大幅降至10.28%。这表明，从APi7-4-5遗传而来的Style2.1基因（半显性）在杂交后代中依然发挥作用，通过减少自交，间接增强了单性结实的表现，使得杂交种能产生更高比例、更均匀的无籽果实。
结论与意义
这项研究成功地融合了由Style2.1主效基因调控的长柱头外露性状和由iaa9-3突变赋予的强单性结实性，培育出革命性的番茄育种材料APi7-4-5。该品系完美解决了以往同类系统存在的三大核心问题：1）完全抑制自交：其显著且稳定的柱头外露（>2毫米）在温室和大田条件下均能有效阻断自花授粉；2）保障杂交种子产量：不同于pat-2等突变，iaa9-3背景不影响柱头可授性和种子生产能力，且花前1天即具备最佳可授性，为免去雄杂交授粉提供了理想窗口；3）增强杂交种优势：Style2.1的半显性遗传使F1代也能获得一定程度的柱头外露，进一步减少自交污染，提升无籽果实的比例和商品均一性。
综上所述，该研究确立了一套切实可行的、用于免去雄杂交番茄制种的全新育种体系。这一体系不仅有望大幅降低杂交种子的生产成本和劳动力投入，还能提高种子纯度和产量。同时，它为培育高性能的无籽杂交番茄品种提供了有力的种质基础和清晰的育种路径，对于推动番茄产业的节本增效和满足市场对优质无籽番茄的需求具有重要的理论与实践意义。
