近日，Plant Physiology在線發(fā)表了華中農(nóng)業(yè)大學(xué)果蔬園藝作物種質(zhì)創(chuàng)新與利用全國(guó)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/洪山實(shí)驗(yàn)室鄧秀新院士團(tuán)隊(duì)柴利軍教授組題為“Myo-inositol oxygenase CgMIOX3 alleviates S-RNase-induced inhibition of incompatible pollen tubes in pummelo”的學(xué)術(shù)論文，系統(tǒng)闡明了肌醇加氧酶（CgMIOX3）控制的肌醇降解途徑對(duì)調(diào)控柚自交不親和花粉管生長(zhǎng)的分子機(jī)制，為進(jìn)一步了解植物自交不親和反應(yīng)的下游調(diào)控網(wǎng)絡(luò)提供了新見(jiàn)解。
自交不親和性（Self-incompatibility，SI）是顯花植物在長(zhǎng)期自然進(jìn)化過(guò)程中形成的一種廣泛存在的生殖隔離機(jī)制，旨在防止近親繁殖和物種退化，保持物種遺傳多樣性。自交不親和性在蕓香科柑橘類植物中廣泛存在，解析柑橘自交不親和機(jī)制，對(duì)于提高柑橘育種效率降低生產(chǎn)成本具有重要的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。課題組前期研究首次證實(shí)蕓香科柑橘亞科屬于以S-RNase介導(dǎo)的配子體自交不親和系統(tǒng)，控制其自交不親和系統(tǒng)的雌蕊決定因子為S-RNase（Nature Plants，2020），雄蕊決定因子為SLF （S-Locus F-box）（Journal of Experimental Botany，2024 封面）。并且系統(tǒng)明確柑橘屬（Nature Plants，2020；Horticulture Research，2021）、金柑屬（Plant Biotechnology Journal，2024 封面）及枳屬（Plant Communications，2024）資源獨(dú)特親和演化機(jī)制，但有關(guān)S-RNase的下游的復(fù)雜調(diào)控網(wǎng)絡(luò)研究還未有明顯進(jìn)展。
為了尋找花粉管中潛在的非S因子，本研究以高班柚花粉管為材料，構(gòu)建了酵母雙雜cDNA文庫(kù)，并以S-RNases為誘餌進(jìn)行了酵母雙雜交篩庫(kù)，獲得了一個(gè)注釋為肌醇加氧酶（myo-inositol，CgMIOX3）的候選基因。
體內(nèi)及體外互作驗(yàn)證結(jié)果表明CgMIOX3與不同單倍型的S-RNases存在廣泛互作，二者的成熟蛋白在花粉管的細(xì)胞質(zhì)中共定位。下調(diào)CgMIOX3的表達(dá)會(huì)顯著抑制花粉管的正常生長(zhǎng)，而施加重組CgMIOX3蛋白則可以顯著提高花粉管內(nèi)抗壞酸（Ascorbic acid, AsA）的水平、增加H2O2處理下花粉管的萌發(fā)率和生長(zhǎng)長(zhǎng)度，表明CgMIOX3對(duì)柚花粉管的正常生長(zhǎng)發(fā)揮了重要作用。研究發(fā)現(xiàn)親和與不親和反應(yīng)都會(huì)引發(fā)花粉管內(nèi)CgMIOX3的上調(diào)表達(dá)，同時(shí)S-RNases與CgMIOX3結(jié)合后可以增強(qiáng)后者的對(duì)肌醇的催化活性。降低CgMIOX3表達(dá)會(huì)導(dǎo)致發(fā)生親和反應(yīng)的花粉管生長(zhǎng)也受到明顯抑制，相反施加重組CgMIOX3蛋白或外源AsA則可以顯著增加發(fā)生不親和反應(yīng)的花粉管長(zhǎng)度。此外，轉(zhuǎn)化了CgMIOX3的不親和矮牽牛也表現(xiàn)出了自交授粉后花粉管生長(zhǎng)長(zhǎng)度明顯變長(zhǎng)的表型。以上結(jié)果表明CgMIOX3通過(guò)表達(dá)水平增加、活性增強(qiáng)的途徑響應(yīng)了S-RNases進(jìn)入花粉管后發(fā)出的SI信號(hào)，并通過(guò)催化肌醇降解促進(jìn)AsA的合成，從而在一定程度上緩解了S-RNase對(duì)花粉管生長(zhǎng)的抑制作用。
華中農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝林學(xué)學(xué)院柴利軍教授為該論文的通訊作者，已畢業(yè)博士生徐強(qiáng)為該論文的第一作者。華中農(nóng)業(yè)大學(xué)博士生劉晨晨、碩士生張哲仲、博士后曹宗洪、已畢業(yè)碩士生葉長(zhǎng)寧；華中農(nóng)業(yè)大學(xué)梁梅教授、林宗成教授、鄧秀新院士、葉俊麗副研究員以及英國(guó)阿伯里斯特維斯大學(xué)Maurice Bosch教授也參與了本研究工作。
論文鏈接：https://academic.oup.com/plphys/advancearticle/doi/10.1093/plphys/kiae372/7712419?searchresult=1
