SRK基因在沙田柚自交不亲和反应中的功能解析

Self-incompatibility (SI) is an important factor which affects fruit yield of Shatian pummelo. About genetic mechanisms of SI of Shatian pummelo, however, is still unknown. Our previous study identified a self-compatible mutant from incompatible Shatian pummelo. Recent using proteomic comparison in combined with qRT-PCR analysis revealed that one SRK gene (S-locus receptor kinase) which is specific high expression in mature style of incompatible Shatian pummelo showed significant difference in transcriptional as well as protein expression between the incompatible and compatible and they exhibited opposite expression patterns, suggesting that the SRK gene may play an important roles in SI of Shatian pummelo. In order to understand the gene function involved in SI mechanism, we use the in vitro pollen induced incompatible technology to reveal this gene function, moreover we try to isolate pollen gene interacted with SRK using Yeast Two Hybrid System technologies. Results of these analyses will provede an in-depth understanding of the gene function in self-incompatible reaction in Shatian pummelo.

自交不亲和性状是影响沙田柚获得产量的重要因素，然而沙田柚自交不亲和的遗传机制至今不明。本项目前期研究发现并鉴定了一个沙田柚亲和突变体植株；近期利用蛋白质组学比较结合qRT-PCR分析发现一个SRK基因在亲和突变植株成熟花柱中不表达，而在不亲和成熟花柱中特异高表达，暗示该基因可能参与沙田柚自交不亲和反应。为了探明该基因在沙田柚自交不亲和反应中的功能，本项目拟通过离体诱导花粉不亲和技术在沙田柚中开展基因功能研究，利用酵母双杂交技术分离与SRK互作的花粉基因，深入理解该基因在沙田柚自交不亲和反应中的作用。

沙田柚为广泛栽培的优良柚品种，因其具有自交不亲和性状，对产量和品质会产生影响，生产中必须配置酸柚授粉树，费时费力。至今为止关于沙田柚自交不亲和分子机制研究甚少。本项目基于已报道的甜橙及克里曼丁全基因组数据库，鉴定出113个SRK以及16个RNase T2家族成员，利用各个基因的表达模式筛选出多个雌蕊特异表达候选基因，结合花粉离体培养技术，最终在鉴定的RNase T2家族中，发现CgRNS3具有决定自交不亲和反应的雌蕊决定因子多个特征。CgRNS3仅含一个内含子，编码25.7 kDa的糖蛋白，等电点为9.37，半定量、定量以及蛋白杂交都表明CgRNS3具有花柱特异表达特性。通过原核表达获得的GST-CgRNS3重组蛋白具有核糖核酸酶活性，且在离体培养体系下，可特异性的抑制自身花粉管生长，对非自身花粉管的影响较弱；GST-CgRNS3一旦变性失活后，对自身花粉管造成的抑制作用消失。以CgRNS3为诱饵，通过酵母双杂交筛选，结果表明CgRNS3可特异性与酸柚花粉中F-box蛋白识别并结合，而与沙田柚自体花粉中特异表达的6个F-box蛋白都无互作，据此我们推测沙田柚自交不亲和模型可能是：CgRNS3被酸柚花粉中的F-box识别并结合，参与泛素化降解途径，从而丧失了核糖核酸酶活性，因此酸柚花粉管可正常生长，完成双受精；然而在沙田柚中CgRNS3不能被泛素化降解，核糖核酸酶起毒素作用，抑制自体花粉管生长。该项研究推动了柑橘自交不亲和的研究进展，同时为接下来的信号途径探究提供了有价值线索。