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植物学通报 Chinese Bulletin of Botany 2007, 24 (3): 372­388,
.综述.
基于 S- 核酸酶的自交不亲和性的分子机制
张一婧, 薛勇彪*
中国科学院遗传与发育生物学研究所, 北京 100080
摘要自交不亲和性是一种广泛存在于显花植物中的种内生殖障碍, 可以抑制近亲繁殖而促进异交。其中, 以茄科、玄参科
和蔷薇科为代表的配子体自交不亲和性是最常见的类型。这类自交不亲和性是由单一的多态性S-位点所控制。目前的研究发
现这一位点至少包含两个自交不亲和反应特异性决定因子: 花柱中的S-核酸酶和花粉中的SLF(S-Locus F-box)蛋白。该文将
主要介绍并讨论基于S-核酸酶的自交不亲和性分子机制的研究进展。
关键词内吞, F-box, 自交不亲和性, 泛素
张一婧, 薛勇彪(2007). 基于 S- 核酸酶的自交不亲和性的分子机制. 植物学通报 24, 372­388.
被子植物是地球上分布最广泛的一类植物, 其重要产物来决定。也就是说, 花粉和花柱的识别是由同处于
的特征之一在于它拥有一种在其它植物中所没有的生殖 S - 位点的 2 个 S - 基因来决定的。在不同单倍型
器官——花, 因而它也被称为显花植物。然而, 许多显(haplotype)(如 S1, S2, S3, ⋯, Sn)中, 这 2 个 S- 基因存
花植物的花都同时拥有雄蕊与雌蕊。显然, 这些雌雄同在着一定的多态性, 编码着结构相似但不完全等同的花
株植物进行自花授粉的可能性非常大, 因此可能降低这粉或花柱决定因子(tancourt, 2001; Takayama
一类植物的遗传多样性, 不利于其后代个体的生长。为 and Isogai, 2005)。
了避免这种情况的发生, 植物采取了多种策略来抑制近在自交不亲和反应中, 花粉的遗传背景决定了它是
亲繁殖并促进异交, 自交不亲和性(self-patibility, 否能被花柱所接受。根据这种遗传背景的特点, 上述 5
SI)就是其中最为重要的一种。个科植物的自交不亲和可以分为两类: 配子体自交不亲
自交不亲和性是指可育的雌雄同花植物在自花授粉和(gam etophyitic SI, GSI)和孢子体自交不亲和
后不能产生合子的现象与机制(tancourt, 2001)。(sprophytic SI, SSI)。茄科、蔷薇科、玄参科和罂
自交不亲和性机制的存在促进了植物遗传多样性的保持, 粟科属于配子体自交不亲和, 因为它们的花粉亲和与否
从而提高了植物应对自然选择的能力和进化潜力。一决定于该花粉(配子体)自身的基因型。也就是说, 如果
般认为, 自交不亲和性的产生可能与被子植物的高度分花粉的基因型(Sx)与花柱(二倍体)的基因型(SxSy)只要有
化和广泛分布密切相关。一个相同, 那么这粒花粉就不能被该花柱所接受。而在
目前分子生物学研究比较多的自交不亲和植物主要十字花科中, 花粉的自交不亲和表型是由它们的二倍体
分布在 5 个科: 茄科、蔷薇科、玄参科、***科和十亲本(孢子体)的基因型来决定的。这意味着, 如果在产
字花科(Takayama and Isogai, 2005)。研究表明, 这生花粉的亲本植株的两个基因型(如SxSy)中, 只要有一
5个科的花粉和花柱的识别都是由单一的多态性位点, 即个与花柱(二倍体)的某一个基因型相同, 那么这些花粉的
自交不亲和位点(S- 位点)所控制的。当然, 自交不亲和萌发或生长就会被该花柱所抑制(tancourt, 2001;
反应的完成, 也需要 S- 位点之外基因产物的参与。然 Takayama and Isogai, 2005) (图 1)。
而, 这一过程中识别与作用的特异性是由S-位点的基因茄科、蔷薇科、玄参科和***科植物所拥有的配
收稿日期: 2006-11-10; 接受日期: 2007-01-31
基金项目: 国家自然科学基金(No. 30221002)
* 通讯作者。E-mail: ******@ics.
张一婧等: 基于 S- 核酸酶的自交不亲和性的分子机制 373
子体自交不亲和的分子机制也存在着很大的不同。茄统的研究取得了突破性进展, 因此, 本文将主要讨论茄科
科、蔷薇科和玄参科植物的花柱决定因子已经被鉴定类自交不亲和系统的研究进展, 相关的工作也可以参考
为 S- 核酸酶(S-RNase)。它们呈现 S- 单倍型间的高度其它有关文献(Kao and Tsukamoto, 2004; Takayama
多态性, 有着类真菌T2型核酸酶结构和核酸酶活性的糖 and Isogai, 2005; McClur