柑橘如何配对？科学“红娘”来牵线

 
 
柑橘如何配对？科学“红娘”来牵线  
 

柑橘由自交不亲和向自交亲和进化模式图   柴利军供图

为什么有些柚子不人工授粉就无法结果？为什么大部分柑橘可以不授粉也能正常结果？为什么琯溪蜜柚没有籽，而沙田柚却有那么多籽？……到底是什么在控制这些有趣的性状，科学家一直在探索。

其中的关键“角色”，被国内科研团队挖到了。华中农业大学园艺植物生物学教育部重点实验室教授、中国工程院院士邓秀新领衔的柑橘团队，不仅首次找到控制柑橘自交不亲和性状关键雌蕊决定因子S-RNase蛋白，还发现柑橘由自交不亲和向自交亲和性转变的进化机制，填补了芸香科柑橘自交不亲和机制研究领域的空白。

相关研究成果近日在线发表于《自然—植物》，为芸香科柑橘自交不亲和机制研究打开了一扇大门。

自交不亲和的双面性

自然界被子植物中的两性花，即一朵花中既有雌蕊又有雄蕊，存在一种现象：雌雄蕊虽然正常可育，但自交授粉后花粉管会在花柱中上部被抑制生长，最后无法正常受精产生后代，这种“反常”现象被称作为自交不亲和。

从达尔文的研究开始，无数进化生物学家都在致力于自交不亲和性状的研究。实际上，自交不亲和是开花植物中最重要的生殖性状之一。为什么会有这样的特性存在呢？

“这个性状对植物在自然界中生存是绝对有好处的。如果一个物种可以自交授粉，它的后代基因型很容易纯合，如果老是发生自交，后代就会逐步衰退，随着环境变化，很可能被淘汰掉，甚至灭种。植物是很聪明的，它意识到自己不能放任自交，要与外面的基因‘结亲’，发挥杂种优势，有了遗传多样性，就可以长长久久地生存下去。”论文通讯作者、华中农业大学园艺林学学院副教授柴利军在接受《中国科学报》采访时介绍。

这个“保护伞”，是显花植物的一种广泛存在的生殖隔离机制，对自然界是好事，是植物进化的需要。但是对于产业来说，反而成为劣势。

“在植物分类上，柑橘属于芸香科，是世界第一大水果，在国民经济中具有举足轻重的地位。柑橘柚类多数为自交不亲和品种，部分柚品种同时缺乏单性结实能力，这类品种在实际生产中往往需要栽植适当的授粉树或人工辅助授粉才可以保证高坐果率。”论文第一作者、华中农业大学园艺林学学院博士梁梅在接受《中国科学报》采访时说。

“以广西沙田柚为例，具有典型的自交不亲和特性，自交座果率仅0.3%，因此在生产上必须通过配置酸柚授粉树或进行人工授粉才能提高座果率，非常费时费力，人工成本偏高。”课题组成员、华中农业大学园艺林学学院在读博士生曹宗洪告诉《中国科学报》，这成为制约产业可持续发展的一个重要问题。

那么，控制柑橘自交不亲和现象的决定因子是什么？是否所有柚类品种都具有自交不亲和性状？是否其他柑橘类型也存在这个现象？一系列问题亟待解决。

找到关键基因，填补领域空白

科学家在十字花科、茄科、蔷薇科、玄参科及罂粟科等物种上，已经突破了植物自交不亲和机制的研究。但是，关于芸香科柑橘属植物自交不亲和分子机制一直是一个空白。