香水柠檬S-RNase与F-box基因在自交不亲和反应中的功能研究

Seedless citrus can be induced in many ways, self-incompatibility is one of the main ways. It is common received that S-locus genes, S-RNase and F-box, play an important role in self-incompatibility. S-RNase and F-box gene was cloned from 'Xiangshui' lemon. The results of expression analysis showed that S-RNase and F-box was specially expressed in pistils and pollens, respectively. Furthermore, they were up-regulated in self-pollinated stigmas than cross-pollinated ones. In this project, further studies were carried out to identify the function of S-RNase and F-box genes in self-incompatibility of 'Xiangshui' lemon, including expression analysis, subcellular localization, protein interaction, transgene and pollen tube growth with S-RNase protein. The project implementation will provide theoretical basis to clarify the molecular mechanism of self-incompatibility in 'Xiangshui' lemon and other citrus species.

自交不亲和是引起柑橘无核的主要原因之一。已有的研究结果显示，S位点编码的S-RNase和F-box基因在自交不亲和反应中发挥了重要作用。项目申请者课题组已克隆了香水柠檬S-RNase与F-box基因全长，初步探讨了香水柠檬S-RNase基因的不同组织表达模式和授粉后不同时期在柱头上的表达量。本项目在前期研究基础上，进一步开展S-RNase与F-box基因的时空表达模式、蛋白质互作、亚细胞定位和转基因以及S-RNase基因编码蛋白对花粉管的影响等研究，初步探明S-RNase基因和F-box基因在香水柠檬自交不亲和中的作用。项目的实施将从理论上进一步阐释香水柠檬自交不亲和的分子基础，为柠檬及其他柑橘类自交不亲和分子机制的研究提供借鉴。

S位点编码的S-RNase和F-box基因在植物自交不亲和反应中发挥重要作用。本项目通过利用转录组测序技术筛选出可能参与香水柠檬自交不亲和基因，结合生物信息学、细胞生物学等方法与技术，对香水柠檬S基因的筛选和功能验证进行了初步的研究。通过组织表达和自交、杂交后的表达量变化，对转录组测序技术获得的候选基因进行进一步筛选，运用生物信息学方法对筛选获得的基因进行物种间亲缘关系对比分析，确定两个可能参与自交不亲和反应的关键基因ClS1和ClF-box；利用纯化的ClS1蛋白对香水柠檬花粉处理，观察花粉管活力、线粒体膜电位、花粉管DNA、细胞骨架微丝结构的变化，发现ClS1蛋白能够降低花粉管活力、破坏线粒体结构和膜电位稳定、降解花粉管DNA、破坏花粉管细胞骨架微丝结构，结合在转基因烟草上的授粉实验，进一步明确ClS1和ClF-box参与了香水柠檬的自交不亲和反应。为了深入研究香水柠檬自交不亲和机制，我们开展了香水柠檬泛素途径初步研究，克隆了2个SKP1同源基因和1个Cullin基因及两个UBE泛素结合酶基因。本课题研究证实了香水柠檬S-RNase基因和F-box基因参与了自交不亲和反应，为阐明香水柠檬自交不亲和机理提供理论依据和实验证据，为今后深入研究香水柠檬自交不亲和泛素降解途径机制奠定了实验基础。项目资助发表SCI 论文1篇、中文核心期刊论文5篇（含1篇已录用），1篇SCI文章已接受，会议论文摘要2篇，培养博士研究生2名，硕士2名。