茶樹為什麼自交不親和?

2021-02-10 茶言觀茶

        自交不親和（Self-incompatibility， SI）是阻礙包括茶樹在內的絕大多數園藝作物育種進程的主要限制因素。關於SI有兩個經典的已知機制：配子體自交不親和（GSI）和孢子體自交不親和（SSI）。在GSI系統中，花粉不親和由S等位基因控制，花粉和雌蕊具有相同的S等位基因進而觸發不親和反應；在SSI系統中，不親和則是由花粉雙親的S等位基因引起。GSI在許多物種中都有發現，而SSI最典型的發生在十字花科中，二者都有雄性或者雌性決定的條件分別受不同的顯性基因控制。

        目前茶樹中的SI機制還不清楚，前期有研究表明茶樹的SI可能是late-acting self-incompatibility system (LSI)， in that self-pollinated pollen tubes elongated through the style but failed in fertilization。LSI是一個新的SI系統，但是其分子機制還不清楚。此外，有研究者通過轉錄組分析認為茶樹的SI可能也屬於GSI系統。在本研究中，作者繼續對茶樹的SI進行探索。

        作者以兩個十年生的茶樹品種「Fudingdabai"和」Yulv"為材料，進行如下四種授粉方式：『Fudingdabai』(♂) × 『Fudingdabai』 (♀), 『Yulv』 (♂) × 『Yulv』 (♀), 『Fudingdabai』(♂) × 『Yulv』 (♀), and Yulv』 (♂) × 『Fudingdabai』 (♀)。分別在授粉後8、24、48、72 h對授粉和未授粉的雌蕊取樣進行RNA提取用於轉錄組測序分析；同時對不同授粉形式的花粉管生長情況以及雌蕊上的離子組分進行了檢測（鈣離子通常作為自交不親和的指示物）。

        結果顯示兩個品種的花粉活力相似，而雜交能夠促進花粉管生長；而雌蕊離子組分中，鉀離子含量最多，其次依次是鈣離子、鎂離子、五價磷離子，自花授粉後鈣離子含量增加而雜交授粉後鈣離子濃度降低，鉀離子則正好相反，表明鈣離子和鉀離子信號在茶樹自交不親和中有著特殊作用。未授粉和授粉的雌蕊中共鑑定到990個差異表達基因，而自交和雜交後48 h的雌蕊中共鑑定到3個共有的差異表達基因，它們分別編碼UDP-糖基轉移酶基因（UGT74B1）、線粒體鈣單向轉移蛋白2（MCU2）和G型凝集素S受體類絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶（G-type RLK），表明它們在茶樹自交不親和過程中具有關鍵作用。

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