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番木瓜是世界十大著名热带水果之一,具有罕见的三种性别类型:雌性、雄性和雌雄同花。番木瓜性别决定是由一对进化早期的性染色体控制,其基因型XX控制雌性、基因型XY是雄性、XYh是雌雄同花植株。Y和Yh染色体具有很高的相似性,但是任何Y和Yh的组合基因型（YY、YhYh、YYh）都会导致种子败育。已经完成全基因组测序的雌雄同花品种‘SunUp’的Yh特异区域（hermaphrodite-specific region of the Yh chromosome,HSY）物理图谱和测序分析,揭示了 HSY大约有8.1百万个碱基对（mega-base pair,Mb）,其相对应的X区域具有3.5 Mb。采用同样的方法,雄性植株上Y染色体的性别决定区域（MSY）也完成测序。番木瓜性别决定区域的测序,为研究番木瓜的性别决定奠定了基础。基于甲磺酸乙酯（Ethyl methanesulfonate,EMS）诱变产生的雄性变两性植株,利用基因组重测序和全转录本测序的方法,旨在揭示雄花中雌蕊发育的分子机制。主要研究结果如下:1.两个雄性特异DNA标记被发现。本研究通过比较雄性植株Y和两性植株Yh染色体,发现了 1,887个indels（插入与缺失）和21,088个SNPs位点。在MSY区域一个大的反转座子被定位于基因CpXY（h）9和PCpY（h）2之间,这个反转座子大约8 kb。另外,发现了一个大约1.5 Mb的缺失热点和3个SNPs热点,这3个SNPs热点分别位于第一倒位（0.2-0.4 Mb）、第二倒位（4.1-4.3 Mb）和共线性（7.4-7.6 Mb）区域。其中两个SNPs热点位于基因密集区。根据性别决定区域的indels设计雄性特异引物用于鉴定植株性别,分别命名为PMSM（Papaya Male-specific Marker）1和PMSM2。这意味着仅仅只是使用简单的PCR技术就可以快速的、准确的鉴定番木瓜三种性别类型。2.用EMS处理番木瓜种子,在1万株突变体中,我们发现了 6株变性植株。通过田间形态学观察和雄性特异标记引物鉴定,确定这6株突变体为雄性突变成雌雄同花的变性突变植株,并分别命名为MHM（Male to Hermaphrodite Mutant）1、MHM2、MHM3、MHM4、MHM5和MHM6。对6株突变株和正常对照株全基因组重测序,测序覆盖度平均为33,发现突变体全基因组的平均突变率为1/132 kb,而性别决定区域的突变率为1/626 kb。在这些SNPs中共有818个非同义突变,对应747个编码蛋白。这些突变基因的GO注释富集到生殖生长相关类群,与拟南芥转录因子数据库比对发现30个突变的转录因子,其中3个转录因子与植物激素调控相关,分别是乙烯应答因子（ERF）、生长素应答因子（ARF）和油菜类固醇相关因子（bHLH）。3.鉴定6个变性突变体与正常植株间的差异表达基因。取小于5 mm的混合花进行RNA测序,在所有突变体中共享了 1,770个差异表达基因,包括939个上调表达基因和831个下调表达基因。预测的115个激素相关的差异表达基因,主要是与植物信号转导相关,其中乙烯相关编码蛋白基因表达明显上调。我们还发现了 1 10个差异表达转录因子,其中ERF和NAC转录因子表达上调最明显,然而与植物心皮发育相关的YABBY（CRC）转录因子表达下调。差异表达基因KEGG注释,富集到一个植物激素信号转导通路（ko04075）。4.乙烯响应因子4（ERF4）可能在性别分化中扮演重要角色。本研究以变性突变体为材料,全基因组重测序与RNA测序相结合的方法,发现番木瓜雄性植株雌蕊的发育主要与植物激素响应和信号转导有关,而CRC基因低表达诱导心皮最初的生长。非同义突变的乙烯响应因子（ERF4）在所有突变体中表达上调,表明该转录因子可能在性别表达中起着重要的作用。本研究开发的两个雄性特异引物（PMSM1和PMSM2）与雄性/两性特异引物（W11）、阳性对照引物（71E）相结合可以快速准确地鉴定番木瓜苗期性别类型。我们可以根据种植的需要人为的选择种植的性别类型,降低生产成本,避免不必要的人力和资源的浪费。通过全基因组重测序和转录组测序,预测得到的性别决定候选基因将为下一步转基因和TILLING研究番木瓜性别决定奠定基础。