文献阅读-SI同源基因在自交亲和型烟草中赋予同种花粉竞争优势

    本次阅读的文献是2019年发表在《Current biology》上《Mate Selection in Self-Compatible Wild Tobacco Results from Coordinated Variation in Homologous Self-Incompatibility Genes》，本文的通讯作者是德国马普化学生态所Ian T. Baldwin教授课题组。

Prof. Ian T. Baldwin 

    在开花植物中不同植物演化出了不同的交配系统，例如自交或是异交又或是中间类型，不同的交配方式各有优势，其中最常见的就是异交的交配体系，由自交不亲和（SI）机制控制，自交不亲和主要指的是可育植物自交后无法产生后代的现象。自交不亲和是由单一的复等位基因位点控制，称之为S-locus，在茄科植物中，S-locus包含一个花粉表达的特异串联的F-box基因（SLF）和花柱特异表达的S-RNase，当自交时，S-RNases展现活性，从而将花粉管内的RNA水解，抑制花粉管的生长，在异交时，F-box基因能够和SSK1, CUL1蛋白组成SCF复合体特异性的去除掉S-RNase，从而保证花粉管的正常生长。在长柄龙葵中，SI群体的花柱被自交亲和（SC）群体的花粉授粉时，花粉排斥现象普遍存在，反之则不存在。这被称为种内单侧不亲和性，这被认为与该物种的SI-SC过渡有关。

茄科植物自交不亲和基因

    在自交亲和的Nicotiana attenuata中，作者鉴定到了两个 NaS-like-RNases和6个NaSLF-like genes以及一个NaSSK1和一个NaCUL1。为了探究在自交亲和植物中NaS-like-RNases与花粉选择的关系。他们对四种不同基因型的S-like-RNase1/2在花柱中蛋白丰度和选择表型进行了探究。四种种质资源（AZ, UT, G8, and G2）他们在花柱的S-like-RNase表达谱变化非常大，S-like-RNase1主要在AZ, UT的花柱中富集中，在G8和G2的含量就非常低，S-like-RNase2主要在AZ花柱中含量特别高，UT少量，G8 和 G2 的花柱中检测不到，如果S-like-RNases参与到了同种花粉的选择中，那么G8 和 G2由于S-like-RNases的丢失则会丧失交配方式选择的能力，于是作者就用UT and G8 或者 AZ and G8 的花粉去授粉给UT and G8 或是 AZ and G8 的植物，在子代进行鉴定作者发现UT 和 AZ 倾向于自己的花粉,而G8则对UT:G8 或是 AZ:G8来源的花粉不区分。同样的如果使用UT and G2 或是 AZ and G2 的花粉混合物受给 UT and G2 或是 AZ and G2 植物。AZ同样展现出对自己花粉结合的亲和力，而G2 则不能区分UT:G2  或是 AZ:G2的花粉。但是有趣的是，UT的花并没有对UT:G2花粉混合物中自己的花粉更加亲和。所以S-like-RNases的确是在同种花粉的选择中起作用的。

NaS-like-RNases参与交配选择

    为了进一步探究S-like-RNases的功能，他们进一步使用RNAi方式沉默掉AZ中的S-like-RNase1/2以及UT中的S-like-RNase1，相对于空载（EV）来说，沉默（SLR1）对UT:G8花粉选择的偏好性下降，而EV和SLR1则仍然不能区分UT:G2的花粉。对于AZ同理也是。因此NaS-like-RNase1和2是交配系统的决定因子，其蛋白丰度导致自然变异。

    随后他们在四个种质资源中NaS-like-RNase的拷贝数目，发现S-like-RNase1在G2和G8中丢失，S-like-RNase2在四个种质资源中各有一份拷贝，说明S-like-RNase2丰度的变化不是基因缺失的结果。于是作者对序列差异进行查看，S-like-RNase1启动子中未发现SNP, AZ和ORF中发现一个SNP而S-like-RNase1会导致126位氨基酸的差异，但是是Asp还是Asn都能够在其他的S-RNase酶找到因此不是主要原因。接着在UT的S-like-RNase2中发现了一些SNP，序列与其他种质资源其实是等同的，因此作者认为SNP不足解释蛋白丰度的水平。于是作者联想到甲基化是否会存在影响，发现S-like-RNase1相邻的两个富含的胞嘧啶区域在UT和AZ之间的胞嘧啶甲基化有显著差异，S-like-RNase2在四个种质资源富含胞嘧啶的区域均有差异。并且通过比较26个种植资源中甲基化与S-like-RNase1/2的关系，发现两者密切相关。

S-like-RNase自然变异很高与编码区胞嘧啶甲基化相关

    下面为了进行说明交配方式是否进一步受到了SLF的影响，作者在UT and AZ 基因组中发现了一个SSK1, 一个CUL1和 14 SLF-like，在8个SLF-like基因的编码序列中发现了提前终止密码子，说明没功能，而其他6个（NaSLF-like1–6）是有功能的。而这六个NaSLF-like与SSK1以及CUL1的表达存在差异。NaSLF-like1 and 6的转录水平与S-like-RNase2呈现明显相关性，而NaSLF-like2 and 4与S-like-RNase1呈现明显相关性。通过酵母双杂显示，SLF-like1C端能够与S-like-RNase2相结合，而不与S-like-RNase1结合。此外NaSSK1与NaSLF-like1和NaCUL1的N端相互作用，暗示说NaSLFlike1可以与NaS-like-RNase2形成SCF降解复合体。

茄科SI相关表达量 酵母双杂

   为了确定SLF-like1和S-like-RNase2的相互作用是否参与花粉的选择，将SLF-like1进行RNAi，然后授给AZ以GZ和空载或是沉默的AZ花粉，发现同种花粉交配的倾向性明显下降。随后为了验证SLF-like2 or 4和S-like-RNase1相关性，同样的SLF-like2 和 4被分别或是同时被沉默，将这种花粉与空载和G8授粉给UT，发现SLF-like2沉默或是SLF-like2 和 4一起沉默，UT对于选择自己花粉的倾向性明显下降。说明SLF-like和S-like-RNase一起参与到同种花粉的花粉选择当中。

NaSLF-like1相对转录本丰度

    基于以上实验作者猜测植株优先选择来自S-like-Rnases表达水平与自身相似的植株的花粉，为了验证这个猜想，作者构建了irSLR1/UT（RNAi S-like-RNase1）和irSLR2/AZ（S-like-RNase2）植株，然后用14个种质资源依据S-RNase-like表达谱作为花粉供体进行授粉，发现授粉偏好性与表达谱相关。

花柱从具有类似S-like-RNase表达模式的植物中选择花粉