近日，中国热科院生物所、热带作物生物育种全国重点实验室分子设计育种研究团队联合南方科技大学、中科院分子植物科学卓越创新中心、中国科学院大学、中国热科院椰子所、Nature Source Improved Plants, Mexico、北京百迈客和海南舜丰基因等国内外科研单位，在番木瓜优良基因资源挖掘和驯化性状基因组选择方面取得重要进展，研究构建两个表型差异的菜用型和果用型两性株栽培品种的高质量基因组及其单倍型分型的性别决定区（SDRs），破译了番木瓜果实产量和品质性状逐步选择及其两性株性状独特起源的遗传基础。 

番木瓜（Carica papaya）是中国和世界热带地区最重要的热带水果之一，被世界卫生组织列为最有营养价值的十大水果之首，同时也是研究热带树木和水果果实性状及性别决定遗传与基因组学的理想模型系统。然而，番木瓜关键果实驯化性状的形成及商业上至关重要的两性株现象的基因组基础仍知之甚少。

研究团队经过十年努力，搜集了来自全球4大州20多个国家地区的340多份番木瓜种质资源，开展核心种质鉴定和育种技术攻关，保存了超过300份番木瓜核心种质并建立了成熟高效的遗传转化技术体系。团队通过对野生型、菜用普通型和鲜食水果型番木瓜的群体基因组分析，阐明了其驯化历史和地理传播模式。基于全重实验室热带生物组学大数据中心的全基因组选择和分子设计育种技术体系，鉴定出了42个与果实大小、甜度和维生素C含量等关键育种性状显著相关的分子标记。整合正向遗传学和基因编辑等功能实验证据鉴定了控制番木瓜果实大小、甜度和维生素C含量的关键选择基因，揭示了驯化和改良过程中针对CpPUP11和CpICMT的分步式选择重塑果实大小，以及针对CpMAPK1、CpCOX、CpCIN和CpUBE3的人工选择提升果实甜度和维生素C含量的遗传基础（图1和图2）。同时，我们发现从野生雄株到栽培两性株性别转换的两次独立事件（MSY1-HSY1和MSY3-HSY3），形成了两个独特的两性株特异性Yh品系（HSY1和HSY3），揭示了一条独特的雄性偏向的两性株进化路径。这种性别转换是由针对雄性偏好基因的选择驱动的，并在Yh连锁区域中定位了一个与性别转换密切相关13 bp串联重复结构变异（HSY3-TR-13bp）。该两性株特异性变异位于雄性偏好基因CpPGLP1A中，且被HSY3群体选择固定（图3）。本研究系统揭示了番木瓜驯化的基因组基础，描绘了分步选择重塑果实性状的演化轨迹，以及雄性偏好选择驱动新型两性性别系统产生的遗传基础，为重要热带作物的驯化性状演化与性别决定机制提供了新的认见解，促进了番木瓜从组培扩繁到全两性株种子苗繁育方式的转变。

图1.CpPUP11决定番木瓜果实宽度

图2.CpCIN启动子变异调控番木瓜果实果糖含量

图3.两性株性别的多系起源及雄性偏向基因对两性株性别驯化的贡献

该研究成果“Genomic insights into stepwise selection reshaping fruit traits and male-biased selection driving hermaphroditism in papayas”发表在中科院1区Top期刊Molecular Plant（影响因子：24.1），获批发明专利13项。中国热科院生物所/三亚研究院纪长绵副研究员、贾瑞宗副研究员、张雨良研究员和杜晓希助理研究员为该论文的共同第一作者，中国热科院生物所赵辉研究员、胡伟研究员、郭安平研究员和南方科技大学郎曌博教授为共同通讯作者。朱健康院士为本研究提供重要指导。该研究得到海南省重点研发项目（ZDYF2025XDNY120）、热带作物生物育种全国重点实验室项目（NKLTCBCXTD16）、国自然面上项目（32472698）、热科院高层次人才项目（1630052020007、1630052024002）和海南省科技专项资金（ZDYF2022XDNY257、ZDYF2024XDNY179）资助。

文章链接：https://www.cell.com/molecular-plant/abstract/S1674-2052(25)00457-5