S域受体激酶(SRLK)基因家族在高等植物中的分子和功能进化

受体样蛋白激酶（RLK）作为植物感受内、外界信号的最大受体蛋白家族，在植物的生长发育和防卫反应中都起着极其重要的作用。S域受体样蛋白激酶（SRLK）是RLK家族中出现较晚且扩增最为迅速的大型亚家族。SRLK亚家族的这些特点使其成为研究RLK家族基因分子和功能进化的新模式。十字花科植物自交不亲和（SI）反应中自我花粉识别的柱头决定因子S位点受体激酶（SRK）是SRLK亚家族中配体清楚、功能明确的唯一成员。分子进化分析以及SI与植物防卫反应在识别方式和细胞学表现上的惊人相似表明芸苔属植物SI自我花粉识别和排斥机制可能是从植物防卫途径演化而来的。本项目将在SRLK亚家族分子进化分析的基础上，以A. lyrata SRK为核心，通过SRK的在拟南芥菜和水稻中的异源同位、异位表达以及ARK1在拟南芥菜中的组成型表达，利用功能生态和进化基因组学方法，从更高层次阐明植物SRK 及SRLK分子和功能进化。

S-域受体激酶基因（SRLK）家族编码陆生植物中最大且扩增最快的植物受体激酶家族之一。S-位点受体激酶(SRK)是至今为止功能了解最为清楚的S-域受体激酶，SRK作为柱头方面的特异性决定因子参与十字花科植物的自交不亲和(SI)反应。为了进一步阐明其他S-域受体激酶基因的功能，我们首先研究了SRLK基因家族的分子进化，建立了用于分析基因融合事件的最简约化模型并分析了SRLK进化中的基因融合事件。发现绝大多数SRLK是由在陆生植物的共同祖先中发生的一次基因融合事件而产生的。为了揭示SRLK的功能进化，我们在十字花科中对SRK基因的系统发育进行了分析。研究结果表明，十字花科植物的SRK基因是通过两个串联重复基因经过随机的亚功能化或新功能化而形成的。通过在拟南芥Arabidopsis thaliana同时异位表达琴叶拟南芥 A. lyrata 的SRKb和其配体SCRb基因，我们获得了具有病原菌抗性的转基因拟南芥植株，提示SRLK成员可能参与植物的抗性反应之中。另外，我们通过拟南芥属姊妹种间的单向不亲和(UI)现象的分析，发现UI与SI反应共享花粉的排斥机制，因此推测在植物种化过程起重要作用的UI反应中柱头－花粉识别可能也是SRKL和 SCRL家族成员介导的。通过全基因组测序关联分析(GWAS)，我们也发现几个决定UI的位点中存在SRLK和SCRL基因。对这些候选基因的进一步分析正在进行中。对SRLK基因在UI和SI 反应中功能进化的研究将进一步深入揭示Ｓ域蛋白激酶的功能进化。在本项目的资助下，共培养2名博士和3名硕士生；在BMC Evolutionary Biology 等杂志上已发表两篇SCI论文，另外两篇高水平研究论文正在评审或修改之中；该项目的后续研究已获得国家重大研究计划项目支持。