近日，Plant Physiology在线发表了华中农业大学果蔬园艺作物种质创新与利用全国重点实验室/洪山实验室邓秀新院士团队柴利军教授组题为“Myo-inositol oxygenase CgMIOX3 alleviates S-RNase-induced inhibition of incompatible pollen tubes in pummelo”的学术论文，系统阐明了肌醇加氧酶（CgMIOX3）控制的肌醇降解途径对调控柚自交不亲和花粉管生长的分子机制，为进一步了解植物自交不亲和反应的下游调控网络提供了新见解。
自交不亲和性（Self-incompatibility，SI）是显花植物在长期自然进化过程中形成的一种广泛存在的生殖隔离机制，旨在防止近亲繁殖和物种退化，保持物种遗传多样性。自交不亲和性在芸香科柑橘类植物中广泛存在，解析柑橘自交不亲和机制，对于提高柑橘育种效率降低生产成本具有重要的实际应用价值。课题组前期研究首次证实芸香科柑橘亚科属于以S-RNase介导的配子体自交不亲和系统，控制其自交不亲和系统的雌蕊决定因子为S-RNase（Nature Plants，2020），雄蕊决定因子为SLF （S-Locus F-box）（Journal of Experimental Botany，2024 封面）。并且系统明确柑橘属（Nature Plants，2020；Horticulture Research，2021）、金柑属（Plant Biotechnology Journal，2024 封面）及枳属（Plant Communications，2024）资源独特亲和演化机制，但有关S-RNase的下游的复杂调控网络研究还未有明显进展。
为了寻找花粉管中潜在的非S因子，本研究以高班柚花粉管为材料，构建了酵母双杂cDNA文库，并以S-RNases为诱饵进行了酵母双杂交筛库，获得了一个注释为肌醇加氧酶（myo-inositol，CgMIOX3）的候选基因。
体内及体外互作验证结果表明CgMIOX3与不同单倍型的S-RNases存在广泛互作，二者的成熟蛋白在花粉管的细胞质中共定位。下调CgMIOX3的表达会显著抑制花粉管的正常生长，而施加重组CgMIOX3蛋白则可以显著提高花粉管内抗坏酸（Ascorbic acid, AsA）的水平、增加H2O2处理下花粉管的萌发率和生长长度，表明CgMIOX3对柚花粉管的正常生长发挥了重要作用。研究发现亲和与不亲和反应都会引发花粉管内CgMIOX3的上调表达，同时S-RNases与CgMIOX3结合后可以增强后者的对肌醇的催化活性。降低CgMIOX3表达会导致发生亲和反应的花粉管生长也受到明显抑制，相反施加重组CgMIOX3蛋白或外源AsA则可以显著增加发生不亲和反应的花粉管长度。此外，转化了CgMIOX3的不亲和矮牵牛也表现出了自交授粉后花粉管生长长度明显变长的表型。以上结果表明CgMIOX3通过表达水平增加、活性增强的途径响应了S-RNases进入花粉管后发出的SI信号，并通过催化肌醇降解促进AsA的合成，从而在一定程度上缓解了S-RNase对花粉管生长的抑制作用。
华中农业大学园艺林学学院柴利军教授为该论文的通讯作者，已毕业博士生徐强为该论文的第一作者。华中农业大学博士生刘晨晨、硕士生张哲仲、博士后曹宗洪、已毕业硕士生叶长宁；华中农业大学梁梅教授、林宗成教授、邓秀新院士、叶俊丽副研究员以及英国阿伯里斯特维斯大学Maurice Bosch教授也参与了本研究工作。
论文链接：https://academic.oup.com/plphys/advancearticle/doi/10.1093/plphys/kiae372/7712419?searchresult=1
日期：2024-08-06
