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自交不亲和性广泛存在于显花植物中,是花柱避免自体花粉管生长的一种极其重要的种内生殖隔离。其中,基于S-核酸酶的自交不亲和性在自然界中存在最为广泛。这类自交不亲和系统的花柱特异性因子为S-核酸酶,相应的花粉S因子在茄科和车前科中被命名为SLF(S-locus F-box),在蔷薇科中类似的F-box蛋白称为SFB(S-haplotype-specific F-box)。
遗传学证据表明,茄科的花粉S因子具有抑制异己核酸酶的作用。然而这一抑制在生化细胞水平是如何实现的还不清楚。前期的研究提示S-核酸酶能够被泛素化并可能由26S蛋白酶小体降解从而抑制其细胞毒性。S-核酸酶的泛素化可能是由SLF,SSK1(SLF-interacting SKP1-like1),CUL1和RBX1组成的SCFsLF复合体所介导。然而,最近的一项研究发现异花授粉后S-核酸酶是由于被液泡包裹而丧失毒性。为了研究S-核酸酶进入自/异交花粉管后命运的差别以及这种差别如何导致自交不亲和性,我们在矮牵牛中检测了S-核酸酶体内的泛素化情况并观察其亚细胞定位。结果表明S-核酸酶是通过内吞进入自交和异交花粉管。异交花粉管中的S-核酸酶发生泛素化,并被液泡包裹,而自交花粉管中S-核酸酶基本没有被泛素化,主要分布在细胞质中。这些结果表明S-核酸酶的泛素化可能介导了其液泡分拣。综合这些实验证据,我们提出了一个S-核酸酶泛素化介导的液泡分拣模型。
与茄科中的SLF的抑制功能不同,已有的证据显示蔷薇科的SFB很可能具有保护自己核酸酶的作用。车前科的花粉S因子作用机制还不十分清楚,通过对薛等早期基于转座子诱变分离并鉴定得到金鱼草花粉自交亲和突变体Pma1(pollen-partmutation in Antirrhinum1)的分子生物学鉴定及进化分析表明,该突变体存在一个S位点重复,并且这一位点包含了一个有功能的SLF-SI,与茄科花粉突变体中普遍存在的竞争性抑制(competative interaction)现象相一致。这表明车前科中的花粉S因子也具有抑制核酸酶活性的功能。
通过使用PAML软件包对SFB和SLF进行选择压力测试表明,SLF受到的净化选择远远高于SFB,从进化的角度为SLF具有抑制作用提供了理论支持。