果树自交不亲和性的遗传与生理机制及其研究

在简要介绍植物（包括果树）自交不亲和性与生理控制机制的基础上，着重对梨、苹果、杏等果树自交不亲和性的研究进行了综述，内容包括花柱内花粉管生长特点、花柱S糖蛋白的特性与作用机理以及果树自交不亲和的分子生物学研究，并提出了该领域有待研究的问题。     

果树自交不亲和SFB与S-RNase作用分子机制研究进展

综述了蔷薇科果树自交不亲和性分子机制的相关研究进展,对果树自交不亲和关键基因SFB与S-RNase的生物合成与表达,序列结构特点及对应功能、作用机理及其在花柱传输组织中的相互作用等方面进行了总结,并在此基础上提出了改进修正抑制子假说的相互作用机理,以期为开展果树自交不亲和分子机制的深入研究提供基础资料。     

果树自交不亲和机制研究进展

苹果、梨等果树均具有典型的配子体型自交不亲和性,该性状是由单一位点(S-locus)上的分别控制花柱和花粉特异性的复等位基因(S-allele)所决定的。其中,控制花柱自交不亲和性的决定因子被确定为S-RNase,而花粉决定因子则可能是由SLF(S-locus F-box)/SFB(S-haplotype-specific F-box)控制。以蔷薇科果树和芸香科果树为例,从自交不亲和反应雌、雄决定子的发现、自交亲和突变机制研究、S-RNase介导的花粉管信号转导,以及自交亲和种质在果树育种中的应用等方面综述果树自交不亲和机制研究进展,以期为后续自交不亲和性研究提供一定参考。     

新疆蔷薇科扁桃类植物自交不亲和性的分子机制

蔷薇科扁桃类植物是具有重要经济、研究价值的园艺果树类植物,该类果树植物家族均为自交不亲和性,自花授粉并不能正常结实,在其生长和生产过程中都需要进行异花授粉。扁桃类果树植物的自交不亲和属于配子型自交不亲和类型,是由花粉配子体核基因决定花粉与雄蕊的不亲和反应,即当花粉中的一个S等位基因与花柱中的一个等位基因相同时即表现不亲和。不亲和反应的细胞学特征是花粉管生长在花柱中受阻。该文对植物自交不亲和性方面的分子机制在蔷薇科扁桃类果树作物上的反映研究进展进行了综述,并着重阐述了新疆分布的独特的栽培扁桃和野生扁桃自交不亲和性S-位点基因的研究进展,以期为今后更深入的研究提供了重要的基础。     

沙田柚自交和异交亲和性观察

用荧光显微镜和扫描电镜对沙田柚（Ｃｉｔｒｕｓｇｒａｎｄｉｓｖａｒ．ｓｈａｔｉｎｙｕＨｏｒｔ．）自交和异交亲和性进行了观察。沙田柚自、异交授粉后，花粉管通过柱头乳突细胞间隙进入柱头，先是在柱头区沿细胞间隙生长，长到花柱区后，一直沿花柱道内缘通道细胞长入子房。当花粉管伸长到花柱１／４～１／２时，自异交的花粉管生长速度和管壁胼胝质积累出现差异，自交花粉管在花柱１／２左右处停止生长，异交花粉管正常进入胚囊受精。花柱切面自交授粉管能萌发，但不能进入花柱道。花柱切面异交授粉和胎座授粉，花粉管均能进入胚囊，进行受精。柱头分泌液和柱头匀浆提取液进行花粉离体萌发，花粉能正常萌发和生长。实验结果表明，沙田柚自交不亲和识别和阻抑部位在花柱，属配子体不亲和型。     

杏(Prunus armeniaca)自交不亲和强度及其授粉受精相关特性

为了解杏自交不亲和性强度与授粉受精相关特性的关系,以自交亲和(Self-compatibility:SC)品种凯特(Prunus armeniaca L．cv．Katy)和自交不亲和(Self-incompatibility:SI)品种新世纪(P.armeniaca L.cv．Xinshiji)及凯特×新世纪杂种群体为试材,荧光显微镜观察自交亲和与自交不亲和杏花粉管生长动态。结果表明,授粉后初期,自交亲和性与自交不亲和性的杏花粉都能正常萌发、生长,但是在花粉管生长延伸到花柱1／2以后,自交亲和性的花粉管能顺利进入子房,而自交不亲和性的花粉管多数顶端膨大呈球形,停止向下生长,只有极个别能正常生长到达子房;杂种后代的可溶性蛋白含量和RNA酶比活力,与亲本相比无明显的趋中变异表现,而且在自交亲和与自交不亲和杏之间无显著性差异。     

枣自交与异交花粉管生长行为及早期胚胎发育研究

【目的】比较不同枣品种自交与异交授粉后花粉管在花柱组织中生长行为及早期胚胎发育的差异,明确枣自交不亲和性的特征及类型,完善枣生殖生物学,进而从自交不亲和性方面探明枣低含仁率问题,为枣果实生殖学和枣树杂交育种提供理论基础。【方法】设计自交授粉组合‘冬枣’和‘灰枣’以及异交授粉组合‘蜂蜜罐’ב襄汾圆枣’‘、蜂蜜罐’ב延川老牙酸枣’‘、灰枣’ב晋枣’‘、襄汾圆枣’ב永济蛤蟆枣’。根据枣雌蕊特点,经改良软化法处理后,综合运用花粉管荧光显微及石蜡切片观察授粉后自交与异交授粉组合花粉管在雌蕊中的生长及早期胚胎发育情况,从解剖学角度研究枣自交不亲和性。【结果】枣(品种)自交与异交授粉后3 h和6 h均观察到花粉粒在柱头上的萌发,花粉管顺利穿透乳突细胞侵入柱头,向花柱通道内生长。自交授粉组合‘冬枣’和‘灰枣’的花粉管授粉后24 h,生长至花柱三分之一处;授粉后48 h,花粉管生长至花柱二分之一处;授粉后72 h、96 h花粉管处于停滞状态,保持在花柱组织二分之一处。异交授粉组合‘蜂蜜罐’ב襄汾圆枣’‘、蜂蜜罐’ב延川老牙酸枣’‘、灰枣’ב晋枣’‘、襄汾圆枣’ב永济蛤蟆枣’授粉后24 h,花粉管生长至花柱二分之一处;授粉后48 h,花粉管生长至花柱的基部;授粉后72 h,花粉管穿透花柱基部,到达胚珠。授粉后13 d‘,蜂蜜罐’ב襄汾圆枣’的胚胎发育正常,胚胎发育处于合子横向分裂后向小球形胚发育阶段,胚乳的发育则处胚乳游离核时期。但‘灰枣’自交授粉组合表现出由于传粉受精不良导致的胚败育现象。【结论】解剖研究发现枣自交不亲和反应发生在花柱组织内,其类型属配子体自交不亲和中的合子前不亲和类型;枣自交不亲和性与胚败育共同导致枣果实的低含仁率和低坐果率问题,严重制约枣树的杂交育种工作。     

果树自交不亲和性基因型及其鉴定方法

系统介绍了应用田间授粉试验、花柱离体培养、花柱S糖蛋白电泳及自交不亲和(S)基因特异性PCR分析等来鉴定果树品种S基因型的方法及其特点与应用前景;全面地列出了迄今国际上应用这些方法鉴定出的苹果、梨、甜樱桃、杏4个树种近300个品种的S基因型,探讨了品种来源与S基因型的联系,为果树合理配置授粉品种及在自交不亲和性机理研究中合理选择试材等提供了科学依据。     

花粉萌发特性对扁桃不亲和强度差异的影响

以新疆主栽扁桃8个品种和10个杂交组合为对象,研究其自交以及杂交组合的花柱离体培养花粉管的生长情况,花柱蛋白浓度对不同品种花粉的萌发生长抑制作用的影响,并分析其对扁桃自交不亲和性影响的强度差异。结果表明:在花柱1/3处的花粉管数量差别较小,而在花柱1/2处花粉管数量显著不同。花柱蛋白在低浓度下对花粉萌发和伸长没有抑制作用,蛋白浓度超过2.0μg/μL时才发生轻微的抑制作用,并且随蛋白浓度的升高抑制作用增强,表明高浓度的花柱蛋白比低浓度的花柱蛋白更能诱导不亲和的发生。     

‘奥嗄二十世纪’梨自交亲和性分子机制及遗传特性研究

 ‘奥嗄二十世纪’是自交不亲和性梨品种'二十世纪'的自交亲和性花柱突变体,花粉自交不亲和性功能正常,其自交亲和性突变的分子机制及遗传特性目前仍有争议。本研究通过田间自花及相互授粉以及基因组、mRNA转录和蛋白质水平比较,分析‘奥嗄二十世纪’、‘二十世纪’及其后代S-RNase基因的存在与否、表达特性及其在后代中的遗传。结果显示,‘奥嗄二十世纪’花柱S₂-RNase基因的核苷酸序列和表达特性与其原始品种‘二十世纪’的完全一样;而S4-RNase基因信号比其原始品种‘二十世纪’的弱,而且也在花柱中正常表达(包括转录和翻译水平),但表达量低;然而在其自交亲和后代基因组中检测不到S₄-RNase基因。本研究表明,‘奥嗄二十世纪’基因组中存在花柱S₄-RNase基因,但不能遗传给后代。     

果树自交不亲和花粉S基因研究进展

果树自交不亲和属于配子体自交不亲和,配子体自交不亲和至少由S位点的花柱S基因和花粉S基因2个基因决定,花柱S基因已被确定为S-RNase基因,而花粉S基因研究在近年才取得进展,一个在花粉中特异表达的基因SFB(Shaplotype-specificF-boxprotein)被发现,并且多方面的证据表明该基因是花粉S基因的最佳代表。就花粉S基因的筛选、该基因的结构特点、可能的作用机理等方面的研究进展予以综述。     

NaCl溶液克服青花菜自交不亲和性研究

研究了不同浓度的NaCl溶液对4个青花菜DH系自交不亲和性的影响.试验结果表明,NaCl溶液能克服青花菜DH系07-2的自交不亲和性,但不能克服另外3个DH系的自交不亲和性;不同浓度NaCl溶液处理DH07-2效果差异显著,其中10%NaCl溶液处理后,其亲和指数达4.53,极显著的高于与其他浓度处理,说明10%NaCl溶液克服青花菜自交不亲和性效果最好.     

北寨红杏自交不亲和生物学研究

研究了北寨红杏花粉萌发率、有效花率、自交坐果率、自交授粉花粉管在花柱内的生长及分布。结果表明,北寨红杏自花授粉坐果率为0.89%,属自交不亲和品种;花粉萌发率78.63%,有效花率70.91%;自交不亲和使自花授粉的花粉在花柱中生长受到抑制,受抑制时间为授粉后48～72 h(小时),受抑制位置为花柱3/4处。     

NaCl溶液克服萝卜自交不亲和性研究

利用不同浓度的NaCl溶液对2个萝卜自交不亲和系进行自交不亲和性研究。试验结果表明,NaCl溶液能克服萝卜自交不亲和性,但不同浓度处理之间差异显著。其中3％NaCl溶液处理后,2个材料的亲和指数分别为3．08和3．32,与其他浓度处理差异达到极其显著水平,说明3％NaCl溶液克服萝卜自交不亲和性效果最好。     

不同发育阶段甜樱桃花授粉后花粉萌发和花粉管生长的差异

选用自交不亲和性程度不同的2个甜樱桃品种莫利和拉宾斯为试材,分别在开花前、开花当天和开花后进行莫利自花、拉宾斯自花和莫利×拉宾斯异花授粉,并于授粉后12、24、48、72、96h切取花柱,用FAA固定,荧光染色后压片观察。结果表明,3个组合的花粉萌发率都以开花当天授粉的最佳,拉宾斯自交和莫利×拉宾斯的花粉管生长状况也以开花当天授粉的最佳,但莫利自交的花粉管生长状况却以花前第4天最佳,花后第4天次之,而当天授粉的最差。因此认为,甜樱桃自交不亲和程度与其雌蕊的发育状态密切相关,蕾期授粉和延迟授粉都能够在一定程度上克服甜樱桃的自交不亲和性,但蕾期授粉的作用更加明显。     

梨花柱半离体培养法及品种自交不亲和基因型鉴定

 ：切取梨授粉花柱进行半离体培养的结果表明，杂交不亲和性组合从花柱基部长出花粉管的花柱比率为0～32．4％ ，且大多在16％ 以下，而杂交亲和性组合为51．6％ ～86．7％ ，与田间杂交授粉的坐果率相近，且在授粉花粉的萌发率达20％以上时，温室水培枝条促成的花与露地开花的花之间没有显著差异。应用此方法鉴定出了梨品种‘筑水’、‘喜水’及‘爱甘水’的s基因型分别为s s 、s s 、及s s 。     

沙田柚雌蕊不同部位的蛋白质电泳分析

本文利用SDS－PACE平板电泳，分离了沙田柚雌蕊不同部位的蛋白质，发现成熟雌蕊不同部位的蛋白质的种类和含量是有差异的，柱头中蛋白质数量较花柱为多，但各部位之间也出现共同的区带和特异区带，花柱中的D5糖蛋白带是否与自交不亲和性有关？有待进一步研究。     

‘金坠梨’自交亲和性突变机制的初步研究

 自交不亲和性品种鸭梨的芽变品种‘金坠梨’自花授粉能结实, 但其自交亲和性突变机制至今不祥。本研究结果表明, 鸭梨自花授粉结实率仅2% , 自花花粉管在花柱中上部已经停止生长, 而金坠梨自花授粉结实率高达76% , 自花的花粉管能正常生长至花柱基部; 鸭梨花柱能够接受金坠梨花粉并受精结实, 而金坠梨花柱却与鸭梨花粉杂交不亲和; 进一步鉴定出了鸭梨和金坠梨基于S-RNase基因的S基因型, 发现两者S基因型相同, 均为S₂₁S₃₄ ; 通过克隆两品种S-RNase基因cDNA全长序列并进行比较分析发现, 该两品种的1对雌蕊S-RNase基因在核苷酸序列上完全相同, 且S-RNase基因均正常表达, 表达量没有明显差异, 从分子水平上证实了金坠梨在花柱方面和鸭梨并无差异, 可能是花粉S 基因发生突变, 导致了自交不亲和性功能的丧失, 表现出自花授粉能够结实。     

梨配子体型自交不亲和性及其分子机理

综述了梨(Pyrus)配子体型自交不亲和性机理研究的一些进展,主要包括梨自交不亲和性的表现,雌蕊自交不亲和基因(S基因)的表达特性与克隆,S基因蛋白产物(S糖蛋白)的分离、特性鉴定,S糖蛋白的晶体结构与功能,梨S基因型的确定等方面的研究成果,并提出了梨自交不亲和性研究中尚待阐明的问题。     

氯化钠硼砂溶液克服萝卜自交不亲和性的研究

以萝卜为试材,采用不同浓度的氯化钠硼砂溶液喷洒萝卜花蕾,研究了氯化钠硼砂溶液对萝卜自交不亲和性的影响。结果表明:氯化钠硼砂溶液能克服萝卜自交不亲和性,不同浓度氯化钠硼砂溶液处理效果差异显著,其中2.0%NaCl+1.0%硼砂溶液喷雾,亲和指数达3.33,极显著高于其它浓度处理,效果仅次于人工剥蕾。生产上以2.0%NaCl+1.0%硼砂溶液喷雾处理对克服萝卜自交不亲和性最适宜。