柴繼杰研究組在《細(xì)胞研究》發(fā)表論文

揭示十字花科植物自交不親和反應(yīng)分子機(jī)制

　　清華新聞網(wǎng)11月22日電   日前，清華大學(xué)生命學(xué)院柴繼杰課題組在《細(xì)胞研究》（Cell research）期刊在線(xiàn)發(fā)表題為“十字花科植物自交不親和反應(yīng)的結(jié)構(gòu)生物學(xué)研究”（Structural basis for specific self-incompatibility response in Brassica）的論文，首次在原子層面揭示了十字花科植物自交不親和反應(yīng)的分子機(jī)制。

　　植物固著生長(zhǎng)無(wú)法移動(dòng)，由于雌雄同花植物雄蕊和雌蕊在空間上的接近，導(dǎo)致其自花授粉的概率遠(yuǎn)大于異花授粉。但是自交不利于維持后代基因的多樣性，而且容易導(dǎo)致隱形致病基因在后代發(fā)生純和而引發(fā)自交退化。為了避免這些不良后果的發(fā)生，高等植物進(jìn)化出了多種自交不親和機(jī)制來(lái)防止自交的發(fā)生。1876年，達(dá)爾文在其著作曾對(duì)植物自交不親和現(xiàn)象做了詳細(xì)描述，并稱(chēng)其為“最令人吃驚的生物學(xué)現(xiàn)象之一”。在許多自交不親和植物中，自體和異花花粉的識(shí)別是由一個(gè)具有高度多態(tài)性的復(fù)等位基因位點(diǎn)——S位點(diǎn)控制，如果花粉和花柱的S基因型一樣則產(chǎn)生自交不親和反應(yīng)。近年來(lái)，分子生物學(xué)研究表明S位點(diǎn)可以編碼決定植物自交不親和性的雌性及雄性決定因子，它們二者作為一個(gè)基因簇構(gòu)成了不同的S單倍型在遺傳中緊密連鎖。

　　油菜、甘藍(lán)等十字花科植物的自交不親和性的雌雄決定因子分別是表達(dá)于花柱的S結(jié)構(gòu)域受體激酶SRK與表達(dá)于花粉的富含半胱氨酸小肽SCR，其S單倍型數(shù)量經(jīng)預(yù)測(cè)達(dá)上百種之多。研究表明十字花科植物自交不親反應(yīng)是通過(guò)來(lái)自不同S單倍型的SRK與SCR間精確的一一識(shí)別所實(shí)現(xiàn)的。目前，這一精確配對(duì)背后的分子機(jī)制仍不明確。

十字花科植物自交不親和分子機(jī)理。

　　柴繼杰研究組通過(guò)生化實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)SCR9可以誘導(dǎo)eSRK9形成同源二聚體。在隨后解析的晶體結(jié)構(gòu)中，eSRK9與SCR9構(gòu)成分子數(shù)為2:2的四元復(fù)合物，通過(guò)結(jié)合生物化學(xué)及生物信息學(xué)等手段，他們最終揭示了不同SRK與SCR間精確配對(duì)的分子機(jī)制。這項(xiàng)研究為將來(lái)利用雜交優(yōu)勢(shì)對(duì)作物進(jìn)行分子育種提供了分子基礎(chǔ)。

eSRK9-SCR9復(fù)合物結(jié)構(gòu)展示。

　　論文的通訊作者為生命學(xué)院柴繼杰教授，主要工作由生命學(xué)院2010級(jí)博士生馬瑞完成。生命學(xué)院博士韓志富，博士后胡澤汗，博士生林光忠和張賀橋參與了課題的相關(guān)部分。中國(guó)人民大學(xué)龔新奇副教授，康奈爾大學(xué)茱兒·納斯魯拉（June B Nasrallah）教授為論文的順利完成提供了必要幫助。上海同步輻射光源BL17U1 (SSRF)為數(shù)據(jù)收集提供了及時(shí)有效的支持。本研究工作得到國(guó)家自然科學(xué)基金委及科技部的大力資助。

　　論文鏈接：http://www.cell-research.com/aoparts.asp?id=562

供稿：生命學(xué)院　編輯：常 松