枸杞染色体加倍与自交亲和性增强及花粉-雌蕊相互作用转录重塑的相关性

《Plant Cell Reports》：Chromosome doubling is associated with enhanced self-compatibility and transcriptional remodeling of pollen–pistil interactions in Lycium chinense

　　

摘要

主要信息

细胞学与72个样本的雌蕊转录组研究揭示了同源四倍体枸杞中染色体加倍通过改变花粉–雌蕊互作及候选S-RNase转运和解毒途径而与自交亲和性建立关联的机制。

摘要

多倍化可以重塑植物的生殖性状和自交亲和性系统，但倍性相关自交亲和性转变的机制目前仍知之甚少。本研究利用花部形态学观察、柱头可授性测定、花粉活力检测、花粉管细胞学分析、人工授粉、种子活力分析以及四个授粉阶段覆盖柱头、花柱和子房组织的72个雌蕊样本转录组测序，对二倍体和同源四倍体枸杞进行了比较研究。染色体加倍使生殖器官增大、柱头可授期延长并增大花粉体积，同时也改变了花粉功能和花粉管生长。二倍体自交花粉管在花柱上部被阻断，而同源四倍体自交花粉管则能继续穿过花柱，伴随自交亲和性的显著增强，亲和指数从0.50上升至5.70，坐果率从8.33%提高至73.33%。时空转录组分析揭示了倍性水平间广泛存在的组织和时间依赖性转录重塑现象。时间聚类和倍性×时间交互分析显示，柱头和花柱的分化尤为显著，其中花柱表现出最强的交互响应。WGCNA进一步鉴定出与组织相关的共表达模块，富集于膜转运、磷脂酰肌醇信号转导、内吞作用、SNARE介导的囊泡运输以及泛素介导的蛋白质降解途径。已报道的GSI相关同源基因，包括LcS-RNase、LcHT-B、Lc120K、LcStEP、LcSBP1和LcSKP1，也表现出各自独特的时空表达模式。综合以上观察结果，我们提出了一个工作模型：异源等位花粉效应、S-RNase区室化改变以及蛋白质降解可能共同降低S-RNase介导的细胞毒性，从而使同源四倍体枸杞中自交花粉管得以继续生长。这些发现为理解倍性相关的GSI崩溃及其对枸杞多倍体育种潜在意义的细胞学和转录组学框架提供了依据。