桃自交不親和到自交親和的轉化機制

2020-11-05 園藝研究


植物在進化過程中通常會採取幾種策略來防止自交，從而促進異交，限制近親繁殖的有害影響。被子植物避免自交受精最常用的方法是SI(Self-incompatibility)系統。目前已有一些研究表明，SI向SC(Self-compatibility)的轉變是開花植物進化過程中最常見和最普遍的轉變之一。薔薇科植物超過200種，具有重要的經濟價值和果實價值，其中大多數表現出配子體的SI系統，桃(Prunus persica (L.))是其中已知的少數幾個具有SC系統的物種。目前，桃中SI系統完全不可逆丟失的進化過程尚不清楚。因此，解析桃從SI到SC的轉化機制對於解析SI系統的完全和不可逆轉的喪失有著至關重要的作用。

近日，Horticulture Research在線發表了突尼西亞大學、西班牙自然產品和農業生物學研究所與亞熱帶和地中海園藝研究所的Donia Abdallah等人合作的題為Self-compatibility in peach [Prunus persica (L.) Batsch]: patterns of diversity surrounding the S-locus and analysis of SFB alleles的研究論文。

該研究研究了薔薇科植物中桃由SI轉化為SC的原因。以具有SI系統的李為對照，通過觀察24個自花授粉桃的生長狀況，確定了桃具有SC表型。在桃和其他李屬植物中，與SI系統直接相關的基因位於6號染色體上，利用配子體自交不親和位點(S-locus)和Prunus-TE-F2連鎖圖中自交不親和位點兩側的9個SSR標記探索了該區域的多樣性模式。通過對桃6號染色體基因組DNA進行LD分析，發現桃的自交不親和位點與周圍的SSR位點之間沒有顯著的LD，說明該物種的自交不親和位點缺乏NFDS(negative frequency dependent selection)。

此外，作者獲得並鑑定了桃中SFB的等位基因(SFB1, SFB2)，與李相比，桃的SFB1等位基因缺HVb區，而桃的SFB2等位基因缺乏V2、HVa和HVb區。蛋白質二級結構分析表明，桃的SFB2和李的SFBa主要區別在於SFB2中發現具有附加的α螺旋(α-8和α-9螺旋)。並且通過對這四種蛋白結構的c-末端比較，發現SFB1(α-10螺旋)和SFB2(α-10螺旋)上還存在額外的α-10螺旋結構，推測桃的SI系統丟失是由於c-末端區域的功能缺失突變所致。

通過對SFB1等位基因多態性和分歧性的分析以及MK試驗(PA/PS≈fA/fS)表明，SFB1等位基因似乎是中性進化的。此外，在SFB2中觀察到的非同義位點的負D值增加(Da> Ds)揭示了異質效應的特徵，並證實了一個強有力的正在進行的淨化選擇的特徵。根據所獲得的結果，作者推測SFB2等位基因在SFB1形成之前就開始多樣化，最有可能是在桃形態形成之後不久。


Fig. 1 Pollen grain germination and pollen tube growth.


Fig. 2 Linkage disequilibrium extent at the end of the sixth LG.

文章連結：

https://www.nature.com/articles/s41438-020-00392-z



關於園藝研究

Horticulture Research 是由南京農業大學與自然出版集團（現Springer Nature）合作創辦的英文期刊，是Nature旗下唯一的園藝領域專刊。所有關於園藝作物的基礎和理論研究都可以投稿。Horticulture Research 科睿唯安JCR2019影響因子：5.404，位於園藝一區（第1/36名），植物科學一區（第16/234名），遺傳學一區（第24/177名）。2019年中科院期刊分區（基礎版）：位於園藝小類一區，植物科學小類一區，農林科學大類一區（Top期刊）。

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