柑橘如何配对？科学“红娘”来牵线(2)

探究其原因，主要是由于常规栽培柑橘有5~8年的生长童期，俗话说“桃三李四柑八年”，其机制研究比其他草本植物或者短童期的木本植物更加困难。从2006年开始，柑橘团队便启动了柑橘自交不亲和机制研究。考虑到已有其它植物的研究经验，课题组想借鉴相同方法去“克隆”同源基因，结果却失败了。

再次“扬帆起航”，课题组选择了一个新的角度，那就是建立遗传群体。2013年，邓秀新团队绘制出甜橙全基因组序列图谱，开启了柑橘的基因组时代，为国内外同行研究芸香科柑橘的特殊生物学性状、功能基因组提供重要平台。借此，课题组锁定了一个关键基因，也就是控制柑橘自交不亲和的“钥匙”。

“我们发掘鉴定出控制柑橘自交不亲和性状关键雌蕊决定因子S-RNase蛋白，这是首次解析芸香科柑橘属的这个关键基因，填补了该领域的空白。”柴利军介绍。这个蛋白很特别，编码该蛋白的基因具有花柱特异性表达、单一位点复等位基因和能够特异性抑制自体花粉管生长这三个典型特征。

一个特别有意思的现象引起了科研人员的注意，柚类大部分具有自交不亲和性状，而宽皮柑橘及其杂交种则普遍存在自交亲和的特性，柑橘产区里栽培的种类也大都是自交亲和的。到底是什么原因让现在的大部分柑橘变成自交亲和？

“这是由一个突变的花柱基因所导致。”梁梅说，在检测自交亲和宽皮柑橘材料时，发现它的S-RNase基因（命名为Sm-RNase）编码区第442位有一个腺嘌呤缺失，从而导致移码突变和提前终止，让Sm-RNase蛋白失去功能。

之后，课题组通过扩大样本检测量，最终确定凡是含有突变的Sm-RNase都具有自交亲和性状。

“在这个基础上，我们开发出基于Sm-RNase的分子标记。由于木本植物开花结果需要很多年，而通过这样的手段，我们可以在苗期就检测出是否含有这个突变位点，为早期开展分子标记辅助选择柑橘自交亲和性状资源提供了帮助。”梁梅表示。

华中农业大学拥有丰富的柑橘种质资源优势，课题组利用原始、野生和栽培柑橘资源，构建出柑橘由自交不亲和性向自交亲和性转变的进化模式图。并且，他们还推测出突变的Sm-RNase基因早期发生在宽皮柑橘中，随着柑橘种间相互杂交，这个突变基因便融入到其他柑橘品种中，并在这些柑橘杂交种中“常驻”，最终形成现有栽培柑橘多数表现为自交亲和特性的局面。

从育种出发满足生产需要

如果说之前的研究是大海捞针，那么，这把关键的“钥匙”拿到手后，一切研究都有了目标和靶向，也变得顺手起来。

以柚类为主要研究对象，课题组鉴定到9个高度多态性的S-RNase等位基因，利用收集到的394份柚类自然群体，通过检测，共获得77%资源的S基因型。“获取相关S基因型信息，我们就成为了‘红娘’，负责牵线配对，到底合不合适，能不能做杂交，我们都一清二楚，这可为柚类生产或开展常规杂交育种选配合适授粉亲本提供重要的理论指导。”柴利军说。

“实际生产上非常需要自交亲和性状品种，可以有效降低成本，但是自交亲和品种结果后会产生种子，而消费者大多喜欢无籽水果。”曹宗洪以琯溪蜜柚为例，琯溪蜜柚除了具有自交不亲和性状外还兼具有单性结实的本领，在没有授粉的情况下可以生成无籽果实，HB柚、晚白柚和水晶柚同样具有此优点。

“把自交不亲和与单性结实这两个性状相结合，是最理想的状态。可以在生产上满足实际需求，对于果实的品质上，真正实现不需要人工授粉就可以产生无籽的果实，有助于促进柑橘产业的发展。”柴利军表示。

相关论文信息：https://doi.org/10.1038/s41477-020-0597-3