三浅裂野牵牛：揭秘甘薯自交亲和性之谜
三浅裂野牵牛：揭秘甘薯自交亲和性之谜
三浅裂野牵牛（Ipomoea trifida）是六倍体栽培种甘薯的祖先之一，其自交不亲和性（SSI）机制的研究对于理解甘薯的生殖生物学具有重要参考价值。近期，科学家们在三浅裂野牵牛SSI机制方面取得了一系列重要进展，这些发现不仅揭示了SSI的分子基础，也为改良甘薯自交亲和性提供了新的思路。
三浅裂野牵牛的SSI机制
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，其主要功能是防止近亲繁殖，促进遗传多样性。在三浅裂野牵牛中，SSI由S-RNase（S-核酸酶）介导，这是一种细胞毒因子，能够抑制自己花粉管的生长。当发生自交授粉时，S-RNase在花粉管中形成无膜斑点状结构——S-RNase凝聚体（SRC），通过相分离机制破坏花粉管细胞骨架，从而阻止花粉管的伸长。
中国科学院遗传与发育生物学研究所薛勇彪研究组的最新研究揭示了SRC形成的详细机制。研究发现，S-RNase通过相分离起始SRC的形成，HT-B和Trxh等花粉因子促进其扩张。进一步研究表明，SRC通过隔离肌动蛋白结合蛋白，间接破坏细胞骨架的有序构成，最终导致自交不亲和反应的发生。
在异交授粉情况下，S-RNase的命运则完全不同。薛勇彪研究组发现，S-RNase在三个保守区域（I、II和III）发生K48类型的多聚泛素化。其中，区域II在异交授粉后被特异性泛素化，对S-RNase的降解起关键作用。当区域II发生突变时，S-RNase在花粉管中的降解速率显著减慢，导致异交结籽数显著减少。这一发现揭示了泛素-蛋白酶体系统在解除S-RNase细胞毒性中的重要作用。
对甘薯育种的启示
三浅裂野牵牛SSI机制的研究为改良甘薯自交亲和性提供了重要线索。近期，徐州农业科学研究所的研究团队发现了一个具有高度自交亲和性的甘薯野生种——“小薯”。该品种不仅基因组纯合度高、生育期短，还具有膨大根这一重要经济性状。研究团队利用测序和组装技术，获得了“小薯”的无间隙基因组，并开发了简单高效的遗传转化体系。更重要的是，基于CRISPR-Cas9的基因编辑技术在该系统中得到了成功应用，为通过基因编辑改良甘薯自交亲和性开辟了新的途径。
未来展望
随着对SSI机制理解的不断深入，科学家们有望通过基因编辑技术精准调控甘薯的自交亲和性。例如，通过编辑S-RNase基因或其调控因子，打破自交不亲和的限制。此外，利用“小薯”这一优良的遗传转化平台，可以加速甘薯功能基因组学研究，为培育高产、优质、抗逆的甘薯新品种提供强有力的技术支撑。
三浅裂野牵牛SSI机制的研究不仅增进了我们对植物生殖生物学的理解，更为甘薯等重要作物的遗传改良提供了新的思路和工具。随着相关研究的不断深入，我们有理由相信，未来将能够克服甘薯自交不亲和性的限制，实现更加高效和精准的育种。