‘无子瓯柑’是普通瓯柑的芽变,果实无核,且具有普通瓯柑(Citrus suavissima Hort.ex Tanaka)的所有优良性状,果实极耐贮藏,11月下旬成熟后,常温下可贮藏至翌年5月,风味不变。现无核水果在国内和国际市场上占据重要地位,单性结实无子果具有更高的商业价值,研究果实的无核机理,对柑橘属无子品种的开发具有重要理论指导意义。本研究对‘无子瓯柑’及其野生型普通瓯柑的花药进行染色体压片,观察到小孢子母细胞减数分裂过程中出现异常现象;采集小孢子母细胞时期的花药进行转录组测序分析,获得了大量数据和信息;筛选23个差异表达基因和31个减数分裂特性基因进行RT-q PCR检测,取得的主要研究成果如下:1、对普通瓯柑和‘无子瓯柑’花药进行染色体压片,确定了花蕾直径与减数分裂时期的关系:(1)2.0-2.4mm时为小孢子母细胞时期;(2)大于2.40mm后,小孢子母细胞进入减数分裂时期;(3)约2.80mm时,进入四分体时期,到达3.10mm左右时四分体基本解体;(4)3.5-4.5mm时小孢子处于单核时期;(5)4.5-6.2mm时小孢子发育到双核时期;(6)6.6-6.9mm时开始裂瓣散粉,视为花粉粒成熟期。此外,在‘无子瓯柑’花粉母细胞减数分裂过程中,观察到染色体桥,减数分裂中期Ⅰ无法正常分离,不进入第二次减数分裂,减数分裂后期Ⅱ分离不同步,不均等分离及最终形成多分体等异常现象。利用石蜡切片观察四分体解体时的小孢子的形态,普通瓯柑的四分体正常,四分体解体后的小孢子大小均匀一致,近圆球形,且染色较深,但‘无子瓯柑’四分体解体后的小孢子大小不一,形状不规则,染色也深浅不同。2、经转录组测序分析,共得到29.68Gb的清洁数据,组装共得到174,325条Transcript和92,023条Unigene,通过BLAST比对获得41,366个有注释信息的Unigene,还获得8244个SSR,约144703个SNP及251个表达倍数相差1倍以上的差异基因,其中‘无子瓯柑’上调表达基因18个,下调表达基因214个。差异基因的GO注释显示:生物过程中以代谢过程(23.5%)和氧化还原反应(22.4%)居多,分子功能以结合(40.7%)和转运功能(29.7%)居多,细胞组件以膜的整体构件(33.3%)和膜(33.3%)居多。差异基因中有15个基因注释到30条KEGG通路上,其中有6条(20%)是氨基酸代谢通路,5条(17%)是糖类代谢通路,4条(13%)是脂类代谢通路。3、选取18个下调表达基因,5个上调表达基因进行RT-q PCR验证,结果显示该23个差异基因的相对表达量虽在数值上与转录组数据有所差异,但基因的上调或下调表达情况与转录组测序结果一致,说明转录组测序数据真实可靠。4、从转录组测序结果中挑选了31个参与减数分裂过程的基因,在‘无子瓯柑’和普通瓯柑花粉母细胞形成期(Ⅰ)、四分体时期(Ⅱ)、单核花粉粒时期(Ⅲ)、双核花粉粒时期(Ⅳ)、花粉粒成熟期(Ⅴ)共5个时期的花药c DNA中进行表达量检测分析。33个基因中,主要在第Ⅰ、Ⅱ时期表达,后3个时期中表达量很低的有20个(64.5%),5个时期表达差异较小的有6个(16%)。在第Ⅰ时期(花粉母细胞形成期),‘无子瓯柑’中20个基因极显著低于普通瓯柑,5个基因极显著高于普通瓯柑,6个基因无极显著差异。深入分析该31个基因的功能,推测‘无子瓯柑’减数分裂的异常是由于无法形成正常的DSBs,同源染色体联会失败,使中期的染色体出现随机分离,最终形成异常四分体,包含着从单分体、二分体一直到七分体等不同数量小孢子的现象。