番茄是重要的蔬菜作物，在世界范圍內(nèi)廣泛種植。但這種常見(jiàn)的果蔬也面臨著“相親”難題。在繁衍后代時(shí)，番茄有著復(fù)雜的“擇偶”機(jī)制。
最近，中國(guó)科學(xué)院昆明植物研究所研究人員在學(xué)術(shù)期刊《新植物學(xué)家》上發(fā)表的一項(xiàng)新成果，揭開(kāi)了番茄種間單向不親和反應(yīng)的神秘面紗，為解決番茄“相親”難題找到了新的方法。
種間單向不親和阻礙番茄育種
番茄在種植過(guò)程中，很容易受到病蟲(chóng)害的多重影響，導(dǎo)致產(chǎn)量和品質(zhì)下降。
以前，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，長(zhǎng)期馴化使栽培番茄遺傳多樣性大幅降低，抗逆性減弱。相比之下，野生番茄卻有極高的遺傳多樣性，具有抗病蟲(chóng)害、抗旱和耐鹽堿等優(yōu)良特性。
同時(shí)，番茄的世界存在一種奇特的現(xiàn)象——種間單向不親和。這種現(xiàn)象就像是番茄界的“相親”規(guī)則，決定了哪些番茄可以順利結(jié)合，哪些則注定無(wú)緣。
以野生的潘那利番茄和栽培番茄為例，二者各自自交授粉后都能順利產(chǎn)生后代，但當(dāng)它們進(jìn)行種間授粉時(shí)，情況就變得復(fù)雜了。如果用栽培番茄的花粉，去給潘那利番茄的花柱授粉，花粉管會(huì)在花柱中停止生長(zhǎng)，無(wú)法完成受精；但反過(guò)來(lái)，用潘那利番茄的花粉給栽培番茄的花柱授粉，花粉管卻可以正常生長(zhǎng)并完成受精，這就是農(nóng)學(xué)家常說(shuō)的單向不親和。
這種現(xiàn)象阻礙了栽培番茄的育種改良。“它就像是番茄之間的‘隱形屏障’，阻礙了優(yōu)良基因的流動(dòng)。”中國(guó)科學(xué)院昆明植物研究所研究員郭晗解釋說(shuō)，團(tuán)隊(duì)的研究目標(biāo)，就是找到調(diào)控這種反應(yīng)的遺傳因子，打破這個(gè)屏障，選育更多優(yōu)質(zhì)番茄新品種。
為定向調(diào)控生殖障礙提供新靶點(diǎn)
此前，人們通過(guò)遠(yuǎn)緣雜交技術(shù)將野生番茄的優(yōu)良基因?qū)朐耘喾眩嘤龈弋a(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、抗逆性強(qiáng)的新品種，推動(dòng)番茄產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。但番茄種間單向不親和的遺傳密碼遲遲未破解，郭晗團(tuán)隊(duì)為此做了多年研究。
“野生潘那利番茄的單向不親和反應(yīng)，是由花粉端和花柱端的遺傳因子共同調(diào)控的。”郭晗說(shuō)，這些因子通過(guò)復(fù)雜的互作網(wǎng)絡(luò)，決定了花粉管能否在花柱中順利生長(zhǎng)。
郭晗團(tuán)隊(duì)在前人研究的基礎(chǔ)上，發(fā)現(xiàn)了兩個(gè)新的花粉種間單向不親和位點(diǎn)，并對(duì)其功能作了驗(yàn)證。這兩個(gè)位點(diǎn)與已知的花粉種間單向不親和因子SpFPS2協(xié)同作用，共同造成了潘那利番茄與栽培番茄的單向不親和反應(yīng)。這一發(fā)現(xiàn)，不僅完善了番茄種間單向不親和反應(yīng)的分子調(diào)控框架，還為利用生物技術(shù)手段定向調(diào)控生殖障礙提供了新的靶點(diǎn)。
“我們通過(guò)構(gòu)建多種番茄遺傳材料，系統(tǒng)地解析了這些種間單向不親和位點(diǎn)之間的互作關(guān)系。”論文的第一作者、昆明植物研究所博士研究生馬文春說(shuō)，這就好比找到了番茄的“媒人”，可以精準(zhǔn)地調(diào)控兩種番茄之間的親和性。
通過(guò)一系列研究，研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，野生潘那利番茄的種間單向不親和反應(yīng)涉及三種類型的花柱種間單向不親和機(jī)制，每種機(jī)制都有對(duì)應(yīng)的花粉種間單向不親和位點(diǎn)。這些位點(diǎn)之間的相互作用，決定了番茄種間授粉的親和性。
比如，當(dāng)強(qiáng)功能的種間單向不親和花粉因子遇到弱功能的種間單向不親和花柱因子時(shí)，花粉管可以正常生長(zhǎng)；而當(dāng)弱功能的種間單向不親和花粉因子遇到強(qiáng)功能的種間單向不親和花柱因子時(shí)，花粉管的生長(zhǎng)就會(huì)受到抑制，表現(xiàn)出不親和反應(yīng)。
“我們的研究不僅整合了近十年來(lái)該領(lǐng)域的工作，還為后續(xù)的分子機(jī)制研究奠定了基礎(chǔ)。”郭晗說(shuō)。未來(lái)，研究人員可以利用生物技術(shù)手段，精準(zhǔn)地調(diào)控番茄的親和性，從而打破野生番茄和栽培番茄之間的生殖障礙。這意味著，未來(lái)有望培育出更多高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、抗逆性強(qiáng)的番茄新品種。
“這項(xiàng)研究不僅為番茄育種提供了新的理論支持，也為其他作物的遠(yuǎn)緣雜交育種提供了寶貴的借鑒。”郭晗說(shuō)。
番茄是重要的蔬菜作物，在世界范圍內(nèi)廣泛種植。但這種常見(jiàn)的果蔬也面臨著“相親”難題。在繁衍后代時(shí)，番茄有著復(fù)雜的“擇偶”機(jī)制。
最近，中國(guó)科學(xué)院昆明植物研究所研究人員在學(xué)術(shù)期刊《新植物學(xué)家》上發(fā)表的一項(xiàng)新成果，揭開(kāi)了番茄種間單向不親和反應(yīng)的神秘面紗，為解決番茄“相親”難題找到了新的方法。
種間單向不親和阻礙番茄育種
番茄在種植過(guò)程中，很容易受到病蟲(chóng)害的多重影響，導(dǎo)致產(chǎn)量和品質(zhì)下降。
以前，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，長(zhǎng)期馴化使栽培番茄遺傳多樣性大幅降低，抗逆性減弱。相比之下，野生番茄卻有極高的遺傳多樣性，具有抗病蟲(chóng)害、抗旱和耐鹽堿等優(yōu)良特性。
同時(shí)，番茄的世界存在一種奇特的現(xiàn)象——種間單向不親和。這種現(xiàn)象就像是番茄界的“相親”規(guī)則，決定了哪些番茄可以順利結(jié)合，哪些則注定無(wú)緣。
以野生的潘那利番茄和栽培番茄為例，二者各自自交授粉后都能順利產(chǎn)生后代，但當(dāng)它們進(jìn)行種間授粉時(shí)，情況就變得復(fù)雜了。如果用栽培番茄的花粉，去給潘那利番茄的花柱授粉，花粉管會(huì)在花柱中停止生長(zhǎng)，無(wú)法完成受精；但反過(guò)來(lái)，用潘那利番茄的花粉給栽培番茄的花柱授粉，花粉管卻可以正常生長(zhǎng)并完成受精，這就是農(nóng)學(xué)家常說(shuō)的單向不親和。
這種現(xiàn)象阻礙了栽培番茄的育種改良。“它就像是番茄之間的‘隱形屏障’，阻礙了優(yōu)良基因的流動(dòng)。”中國(guó)科學(xué)院昆明植物研究所研究員郭晗解釋說(shuō)，團(tuán)隊(duì)的研究目標(biāo)，就是找到調(diào)控這種反應(yīng)的遺傳因子，打破這個(gè)屏障，選育更多優(yōu)質(zhì)番茄新品種。
為定向調(diào)控生殖障礙提供新靶點(diǎn)
此前，人們通過(guò)遠(yuǎn)緣雜交技術(shù)將野生番茄的優(yōu)良基因?qū)朐耘喾眩嘤龈弋a(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、抗逆性強(qiáng)的新品種，推動(dòng)番茄產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。但番茄種間單向不親和的遺傳密碼遲遲未破解，郭晗團(tuán)隊(duì)為此做了多年研究。
“野生潘那利番茄的單向不親和反應(yīng)，是由花粉端和花柱端的遺傳因子共同調(diào)控的。”郭晗說(shuō)，這些因子通過(guò)復(fù)雜的互作網(wǎng)絡(luò)，決定了花粉管能否在花柱中順利生長(zhǎng)。
郭晗團(tuán)隊(duì)在前人研究的基礎(chǔ)上，發(fā)現(xiàn)了兩個(gè)新的花粉種間單向不親和位點(diǎn)，并對(duì)其功能作了驗(yàn)證。這兩個(gè)位點(diǎn)與已知的花粉種間單向不親和因子SpFPS2協(xié)同作用，共同造成了潘那利番茄與栽培番茄的單向不親和反應(yīng)。這一發(fā)現(xiàn)，不僅完善了番茄種間單向不親和反應(yīng)的分子調(diào)控框架，還為利用生物技術(shù)手段定向調(diào)控生殖障礙提供了新的靶點(diǎn)。
“我們通過(guò)構(gòu)建多種番茄遺傳材料，系統(tǒng)地解析了這些種間單向不親和位點(diǎn)之間的互作關(guān)系。”論文的第一作者、昆明植物研究所博士研究生馬文春說(shuō)，這就好比找到了番茄的“媒人”，可以精準(zhǔn)地調(diào)控兩種番茄之間的親和性。
通過(guò)一系列研究，研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，野生潘那利番茄的種間單向不親和反應(yīng)涉及三種類型的花柱種間單向不親和機(jī)制，每種機(jī)制都有對(duì)應(yīng)的花粉種間單向不親和位點(diǎn)。這些位點(diǎn)之間的相互作用，決定了番茄種間授粉的親和性。
比如，當(dāng)強(qiáng)功能的種間單向不親和花粉因子遇到弱功能的種間單向不親和花柱因子時(shí)，花粉管可以正常生長(zhǎng)；而當(dāng)弱功能的種間單向不親和花粉因子遇到強(qiáng)功能的種間單向不親和花柱因子時(shí)，花粉管的生長(zhǎng)就會(huì)受到抑制，表現(xiàn)出不親和反應(yīng)。
“我們的研究不僅整合了近十年來(lái)該領(lǐng)域的工作，還為后續(xù)的分子機(jī)制研究奠定了基礎(chǔ)。”郭晗說(shuō)。未來(lái)，研究人員可以利用生物技術(shù)手段，精準(zhǔn)地調(diào)控番茄的親和性，從而打破野生番茄和栽培番茄之間的生殖障礙。這意味著，未來(lái)有望培育出更多高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、抗逆性強(qiáng)的番茄新品種。
“這項(xiàng)研究不僅為番茄育種提供了新的理論支持，也為其他作物的遠(yuǎn)緣雜交育種提供了寶貴的借鑒。”郭晗說(shuō)。
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