Hortic Res | 南京农业大学解析睡莲亚属间杂交障碍形成的关键机理

学术   2024-12-16 09:00   英国  

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睡莲是睡莲科睡莲属的多年生水生植物,因其具有极高的观赏和药用价值以及水净化能力而被广泛种植。世界上有50多种睡莲,主要分布在热带、亚热带和温带地区。根据其分布的区域,人们将睡莲属植物分为热带睡莲和耐寒睡莲两种生态型。其中,热带睡莲色彩丰富,但在高纬度地区难以越冬,耐寒睡莲具有独特的抗寒特性却花色单一。因此,将耐寒睡莲与热带睡莲进行杂交,对获得耐寒性强、花色丰富的新品种,丰富现有睡莲的种质资源具有重要意义。然而,热带睡莲与耐寒睡莲杂交难以收获杂交种子,杂交障碍的存在严重影响了睡莲跨亚属杂交育种的效率。研究表明,受精前的杂交障碍是睡莲跨亚属杂交结实率低的主要原因,花粉难以在柱头上萌发是睡莲跨亚属杂交过程中的最为普遍的现象。


2024年10月,Horticulture Research在线发表了南京农业大学题为NpCIPK6–NpSnRK1 module facilitates intersubgeneric hybridization barriers in water lily (Nymphaea) by reducing abscisic acid content的研究论文。


前期研究发现受精前杂交障碍是造成睡莲亚属间杂交困难的主要原因。然而,睡莲花粉与柱头亲和性低的机制尚不清楚。本研究表明,CBL相互作用蛋白激酶6(CIPK6)通过与SNF-1激酶 (SnRK1)相互作用响应不相容花粉与柱头之间的信号交换,促进SnRK1蛋白的积累。激活的SnRK1与9-顺式环氧类胡萝卜素双加氧酶2(NCED2)相互作用,促进其降解,从而抑制脱落酸(ABA)的合成。柱头中ABA含量的降低破坏了ABA介导的活性氧(ROS)的去除,最终导致不相容花粉被柱头排斥。我们的研究结果强调了NpCIPK6-NpSnRK1-NpNCED2模块通过干扰ABA合成和促进ROS积累在睡莲亚属间杂交障碍中的重要作用。该研究为睡莲细胞信号传导和生殖障碍以及其他生物学研究提供了有价值的机制见解


图1 NpCIPK6和NpSnRK1促进ROS在睡莲柱头上的累积

图2 沉默NpCIPK6和NpSnRK1可促进睡莲亚属间杂交的结实率


南京农业大学已毕业博士研究生周平(现福建农林大学讲师)为论文的第一作者,徐迎春教授为论文的通讯作者。江苏省农科院江苏丘陵地区镇江农业科学研究所孙春青副研究员、海南大学南繁学院(三亚南繁研究院)杨志娟副研究员、广西农科院花卉所苏群副研究员和王虹妍助理研究员参与了本研究。本研究获得了国家自然科学基金(u1803104和U2003113),海南自然科学基金(2021JJLH0031),广西自然科学基金(2022 gxnsfba035635)资助。


文章链接:
https://doi.org/10.1093/hr/uhae289


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