自交不親和性(Self-incompatibility,SI)是一種廣泛存在于顯花植物中的種內生殖障礙。前期研究表明，茄科、車前科、薔薇科和蕓香科植物花柱特異表達的S-RNase可作為一類細胞毒因子抑制自己花粉管的生長，而在異交授粉后，由于其被異己花粉的SCFSLF泛素化并通過26S蛋白酶體降解，因此無法發揮細胞毒性，最終產生異交親和反應。然而，泛素-蛋白酶體系統解除S-RNase細胞毒性的詳細機制并不清楚。
中國科學院遺傳與發育生物學研究所薛勇彪研究組通過對茄科植物雜交矮牽牛(Petuniahybrida)自交不親和性花柱因子S3-RNase的泛素化修飾進行生化分析，發現其主要在三個較為保守的空間區域(I, II和III)發生K48類型的多聚泛素化。區域I在未授粉、自交授粉和異交授粉花柱中都被泛素化，表明其在S3-RNase進入花粉管之前即可發生，而區域II和III只在異交授粉花柱中被泛素化。遺傳分析表明，區域II突變的S3-RNase可導致轉基因植株的異交結籽數顯著減少，而區域I或III突變時，異交結籽數減少程度較小，提示泛素化修飾區域突變的S3-RNase在花粉管中發生積累并產生更高的細胞毒性。花粉管共培養及降解實驗結果顯示區域II突變后S3-RNase在花粉管中的降解速率顯著減慢，而區域I和III突變后減慢程度較小，與異交授粉結果相一致，表明區域II在異交親和反應S3-RNase的泛素化修飾和降解中發揮主要作用，區域I和III作用較小。進一步研究發現，區域II中的K154和K217在此過程中發揮主要作用，而蘇氨酸位點作用較小。該研究揭示了S3-RNase的泛素化修飾和降解在雜交矮牽牛的異交親和授粉中分步進行(圖)，為T2類核酸酶及分泌型細胞毒素穩定性的動態調控機制提供了新的思路。
該項研究成果于2021年5月31日在線發表在New Phytologist雜志上(DOI:10.1111/nph.17438)。薛勇彪研究組趙洪博士和宋硯齋博士為該論文的第一作者。該研究得到了中科院先導專項和國家自然科學基金和的資助。
圖: S-RNase的泛素化修飾和降解在雜交矮牽牛的異交親和授粉中分步進行
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