《擬南芥屬姐妹種間的生殖隔離及其分子機制與進化》是依託中國農業大學，由劉培擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：擬南芥屬姐妹種間的生殖隔離及其分子機制與進化
- 依託單位：中國農業大學
- 項目負責人：劉培
- 項目類別：面上項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
生殖隔離是物種形成、維持種間生物多樣,進而影響生態系統功能的基礎。生殖隔離的分子機制及其進化一直是生命科學和生態學的核心問題和進化生態學研究的前沿領域。單向不親和（UI）是廣泛存在於植物姐妹種間的一種獨特的合子前生殖隔離現象，雖然與種內的自交不親和（SI）反應在柱頭和花粉的識別和排斥上的細胞學表現類似，但是關於UI反應的分子機制及其進化的研究則剛剛起步。經過10多年對擬南芥及其姐妹種交配系統演化的研究，我們發現了擬南芥及其姐妹種間的UI現象，突破了種間雜交獲得可育後代及區分UI和SI反應等瓶頸，在擬南芥與A.lyrata 、A.arenosa和 A. hellari中建立了一個可用數量性狀圖位克隆來闡明UI決定基因及其進化的模式系統。本項目將深入揭示UI的分子機制及其進化機理，我們的研究不僅對物種起源及種間生物多樣性維持機制,而且對克服作物遠緣雜交時的雜交不親和現象都將產生重要影響。
結題摘要
物種起源是生命科學研究的核心問題，維持植物種內遺傳多樣性的自交不親和（SI） 與被子植物在白堊紀的輻射性擴散同時發生。因此有理論認為SI是被子植物在白堊紀的輻射性擴散的主要驅動力，但是支持這一理論的實驗證據還很少。我們利用互動授粉實驗發現擬南芥Arabidopsis thaliana及其同屬近緣種A. lyrata, A. arenosa, A. hellari 及薺菜屬近緣種 Capsella rubella 和 C. grandiflora 間存在雙向親和（BC），單向不親和（UI） 及雙向不親和（BI）三種現象。單向不親和 （UI） 現象廣泛發生在自交不親和（SI）和自交親和（SC）種間，而且其強度不受花發育階段調控。我們在SI 與SI物種間也發現UI，且UI的強度受花的發育階段調控。我們發現UI的強度與種間的遺傳距離成正相關，說明單向不親和生殖隔離可能在物種形成過程中起重要作用。假性親和（PSC）的A. lyrata的自然突變體在花的發育晚期SI反應減弱或消失，遺傳分析表明PSC由一個與S-位點不連鎖的隱性位點決定的。A. lyrata-A. arenosa 種間 UI 反應在PSC 突變體中也與SI 反應同時減弱或消失，表明UI與SI共享花粉排斥途徑。遺傳學分析表明 A. lyrata-A. arenosa 種間UI在柱頭和花粉方面的UI分別是由一個數量位點（QTL）決定的。基因組QTL測序分析和QTL圖位分析發現SUI3.1和 PUI2.1 分別是柱頭和花粉上UI的決定因子。通過候選基因法，我們發現SUI3.1編碼一個柱頭指狀細胞特異性表達的SLG家族蛋白，與SI的柱頭自我花粉識別的決定因子SRK 的胞外域具有高度同源性。用A. lyrata的SUI3.1 轉化擬南芥使其獲得識別和排斥 A. arenosa 花粉的能力。通過轉化不同的A. thaliana生態型, 我們證明SI花粉排斥途徑和功能SRK對SUI3.1識別近緣種的花粉是必需的。另外，SUI3.1的高可變區序列在十字花科植物中具有種間多態性和種內保守性，因而具有區分姐妹種花粉的潛力。我們的發現不僅為白堊紀期間自交不親和的起源是被子植物的輻射性擴散重要驅動因子的假說提供了實驗依據，而且為揭示植物近緣種間花粉識別的分子機理奠定了基礎。
