野生番茄Solanum属中S-RNase非依赖性单向不亲和性的遗传互作与自然变异机制解析

研究人员针对自交不亲和(SI)物种与自交亲和(SC)物种间单向不亲和(UI)的复杂机制展开研究，发现Solanum pennellii中鸟氨酸脱羧酶2(ODC2)与HT-A/B基因在雌蕊中的协同表达，以及花粉中法尼基焦磷酸合成酶2(FPS2)、ui6.2和ui12.2位点的共同作用构成S-RNase非依赖性UI通路。该研究通过双基因渗入系和突变体实验揭示ODC2与花粉因子的遗传互作，为野生番茄种质资源利用和杂交育种提供新策略。

　　

在植物生殖生物学领域，自交不亲和(SI)物种的雌蕊通常会拒绝来自近缘自交亲和(SC)物种的花粉，这种单向不亲和(UI)现象存在S-RNase依赖和非依赖两种机制。以不含S-RNase的SC材料Solanum pennellii LA0716为研究对象，其雌蕊能特异性拒绝栽培番茄(S. lycopersicum)花粉，这种UI系统涉及雌蕊中鸟氨酸脱羧酶2(ODC2)和HT-A/B基因的协同表达，以及花粉中法尼基焦磷酸合成酶2(FPS2)、ui6.2和ui12.2位点的共同参与。

通过构建IL12-3(含HT-A/B)×IL3-3(含ODC2)双渗入系，发现只有当ODC2和HT-A同时存在时才能触发对栽培番茄花粉的拒绝反应。遗传分析显示，在S. lycopersicum × S. pennellii的F₂群体中，ui6.2和ui12.2位点附近存在偏向pennellii等位基因的传递比率扭曲现象，而odc2突变体会消除这种非孟德尔遗传模式，表明花粉因子主要与ODC2发生遗传互作。

有趣的是，S. pennellii LA0716的fps2突变花粉不仅被本种所有材料拒绝，还能被部分S. habrochaites材料识别，暗示ODC2依赖的UI通路可能起源于这两个野生番茄的共同祖先。在S. habrochaites中，fps2花粉拒绝现象主要存在于SI或混合交配群体，暗示该机制与异交繁殖存在适应性关联。

研究团队成功构建了同时缺失ODC2、HT-A/B和S-RNase功能的三突变体，这些材料作为母本时能与栽培番茄实现双向杂交，为番茄育种中细胞质基因组的转移开辟了新途径。这项发现不仅解析了S-RNase非依赖UI的分子机制，更为野生番茄优异基因资源的开发利用提供了理论依据和技术支撑。