前沿 | 园艺学院张绍铃院士团队揭示梨自交不亲和性的识别机制

近日，pg电子娱乐平台下载园艺学院张绍铃院士团队在Molecular Horticulture在线发表了题为“Long-read genome sequencing reveals the sequence characteristics of pearself-incompatibility locus”的研究论文。该研究在梨属和苹果属自交不亲和位点（S-loucs）中鉴定了17-21个S-locus F-box基因（SFBBs），并发现在梨属S17位点的19个SFBBs中，有18个在花粉中特异性表达，其中有8个参与识别非自我S-RNase。这一发现为梨属物种非自我识别系统的观点提供了有力支持。

同一品种的梨树相互授粉往往不会结果，这种现象被称为自交不亲和性。在自然界中，为了避免近亲繁殖带来的不利影响，大约有60%的植物在漫长的进化过程中逐渐形成了自交不亲和的机制。在梨树的基因中，有一个特别的S位点，该位点包括编码在雌蕊中表达的S-RNase基因和在花粉中表达的多个F-box（SLF/SFB）蛋白，控制着梨树雌蕊是否能够接受来自自身的花粉。当梨树的花粉落在雌蕊柱头上，S-Rnase会进入花粉管，如果花粉的S单倍型与花柱中存在的任一S单倍型相同，那么S-RNase就会像“守门员”一样，阻止花粉管伸长进入子房，从而避免自交的发生，这被称为配子体型自交不亲和（GSI）。

梨和苹果GSI反应的非自我识别机制中，自我S-RNase无法被多个SLF中的任何一个识别，而非自我S-RNases被至少一个SLF识别。然而，梨属和苹果属物种的每个S位点包含了多个F-box基因。S位点序列的重复性使得利用短读长序列准确组装难以实现，因此，目前已鉴定出的SFBB基因十分有限。

该研究使用梨SFBB保守序列，分别在梨属和苹果属S位点共鉴定出17-21个SFBBs（图1a）。基于梨属和苹果属S单倍型基因的氨基酸序列，对177个SFBBs进行了系统发育分析，发现SFBBs被分为22个不同的组，I→XXII（图1b）。每个组的氨基酸序列相似性平均值在88.9-97.9%之间，核苷酸相似性在92.1-98.4%之间，表现出了一定的序列多态性。尽管梨属S17位点所有19个SFBBs均与S17-RNase遗传连锁，但PbrSFBBXXII-S17在花粉中不表达，而其它18个SFBB基因均在花粉中特异表达，说明这18个SFBB基因是潜在的花粉自交不亲和性决定因子。

图1梨属和苹果属SFBB基因的序列分析

为探明SFBB和自我/非自我S-RNase之间的潜在相互作用，研究团队通过酵母双杂交（Y2H）和萤火虫荧光素酶互补成像（FLCI）检测，发现S17基因座中表达的SFBB均未与S17-RNase相互作用。相比之下，有8个SFBB与至少一种S-RNase相互作用（图2a,b），从而支持了协作性非自我识别系统参与梨GSI的调控。进一步研究发现，移除高变区的S5-和S7-RNase不能与SFBB.VIII-S17互作（图2c），表明高变区是梨S-RNase与非自我SFBB蛋白互作的重要区域。

图2自我和非自我S-RNases与S17位点花粉特异性表达的SFBBs相互作用

园艺学院谷超研究员、博士研究生徐颖和吴磊为论文的共同第一作者，张绍铃院士为通讯作者。该研究得到了国家自然科学基金、国家重点研发计划、中国农业科研体系专项基金和江苏省重点研发计划的资助。

张绍铃院士领衔的pg电子娱乐平台下载梨创新团队多年来以梨树为研究对象，围绕种质资源评价与创新、基因组与生物信息学、生殖生理与细胞生物学、果实品质生理与调控机制等领域开展系统深入研究，先后在Genome Research、Nature Communications、The Plant Cell、Genome Biology等期刊发表研究论文多篇。