近日，南京農業大學園藝學院張紹鈴院士團隊在Molecular Horticulture在線發表了題為“Long-read genome sequencing reveals the sequence characteristics of pearself-incompatibility locus”的研究論文。該研究在梨屬和蘋果屬自交不親和位點（S-loucs）中鑒定了17-21個S-locus F-box基因（SFBBs），并發現在梨屬S17位點的19個SFBBs中，有18個在花粉中特異性表達，其中有8個參與識別非自我S-RNase。這一發現為梨屬物種非自我識別系統的觀點提供了有力支持。

同一品種的梨樹相互授粉往往不會結果，這種現象被稱為自交不親和性。在自然界中，為了避免近親繁殖帶來的不利影響，大約有60%的植物在漫長的進化過程中逐漸形成了自交不親和的機制。在梨樹的基因中，有一個特別的S位點，該位點包括編碼在雌蕊中表達的S-RNase基因和在花粉中表達的多個F-box（SLF/SFB）蛋白，控制著梨樹雌蕊是否能夠接受來自自身的花粉。當梨樹的花粉落在雌蕊柱頭上，S-Rnase會進入花粉管，如果花粉的S單倍型與花柱中存在的任一S單倍型相同，那么S-RNase就會像“守門員”一樣，阻止花粉管伸長進入子房，從而避免自交的發生，這被稱為配子體型自交不親和（GSI）。

梨和蘋果GSI反應的非自我識別機制中，自我S-RNase無法被多個SLF中的任何一個識別，而非自我S-RNases被至少一個SLF識別。然而，梨屬和蘋果屬物種的每個S位點包含了多個F-box基因。S位點序列的重復性使得利用短讀長序列準確組裝難以實現，因此，目前已鑒定出的SFBB基因十分有限。

該研究使用梨SFBB保守序列，分別在梨屬和蘋果屬S位點共鑒定出17-21個SFBBs（圖1a）。基于梨屬和蘋果屬S單倍型基因的氨基酸序列，對177個SFBBs進行了系統發育分析，發現SFBBs被分為22個不同的組，I→XXII（圖1b）。每個組的氨基酸序列相似性平均值在88.9-97.9%之間，核苷酸相似性在92.1-98.4%之間，表現出了一定的序列多態性。盡管梨屬S17位點所有19個SFBBs均與S17-RNase遺傳連鎖，但PbrSFBBXXII-S17在花粉中不表達，而其它18個SFBB基因均在花粉中特異表達，說明這18個SFBB基因是潛在的花粉自交不親和性決定因子。

圖1梨屬和蘋果屬SFBB基因的序列分析

為探明SFBB和自我/非自我S-RNase之間的潛在相互作用，研究團隊通過酵母雙雜交（Y2H）和螢火蟲熒光素酶互補成像（FLCI）檢測，發現S17基因座中表達的SFBB均未與S17-RNase相互作用。相比之下，有8個SFBB與至少一種S-RNase相互作用（圖2a,b），從而支持了協作性非自我識別系統參與梨GSI的調控。進一步研究發現，移除高變區的S5-和S7-RNase不能與SFBB.VIII-S17互作（圖2c），表明高變區是梨S-RNase與非自我SFBB蛋白互作的重要區域。

圖2自我和非自我S-RNases與S17位點花粉特異性表達的SFBBs相互作用

園藝學院谷超研究員、博士研究生徐穎和吳磊為論文的共同第一作者，張紹鈴院士為通訊作者。該研究得到了國家自然科學基金、國家重點研發計劃、中國農業科研體系專項基金和江蘇省重點研發計劃的資助。

張紹鈴院士領銜的南京農業大學梨創新團隊多年來以梨樹為研究對象，圍繞種質資源評價與創新、基因組與生物信息學、生殖生理與細胞生物學、果實品質生理與調控機制等領域開展系統深入研究，先后在Genome Research、Nature Communications、The Plant Cell、Genome Biology等期刊發表研究論文多篇。