自交不亲和性(Self-incompatibility, SI)是一种广泛存在于显花植物中的种内生殖障碍。前期研究表明，茄科、车前科、蔷薇科和芸香科植物花柱特异表达的S-RNase可作为一类细胞毒因子抑制自己花粉管的生长，而在异交授粉后，由于其被异己花粉的SCFSLF泛素化并通过26S蛋白酶体降解，因此无法发挥细胞毒性，最终产生异交亲和反应。然而，泛素-蛋白酶体系统解除S-RNase细胞毒性的详细机制并不清楚。
植物细胞与染色体工程国家重点实验室薛勇彪研究组通过对茄科植物杂交矮牵牛(Petunia hybrida)自交不亲和性花柱因子S3-RNase的泛素化修饰进行生化分析，发现其主要在三个较为保守的空间区域(I, II和III)发生K48类型的多聚泛素化。区域I在未授粉、自交授粉和异交授粉花柱中都被泛素化，表明其在S3-RNase进入花粉管之前即可发生，而区域II和III只在异交授粉花柱中被泛素化。遗传分析表明，区域II突变的S3-RNase可导致转基因植株的异交结籽数显著减少，而区域I或III突变时，异交结籽数减少程度较小，提示泛素化修饰区域突变的S3-RNase在花粉管中发生积累并产生更高的细胞毒性。花粉管共培养及降解实验结果显示区域II突变后S3-RNase在花粉管中的降解速率显著减慢，而区域I和III突变后减慢程度较小，与异交授粉结果相一致，表明区域II在异交亲和反应S3-RNase的泛素化修饰和降解中发挥主要作用，区域I和III作用较小。进一步研究发现，区域II中的K154和K217在此过程中发挥主要作用，而苏氨酸位点作用较小。该研究揭示了S3-RNase的泛素化修饰和降解在杂交矮牵牛的异交亲和授粉中分步进行(图)，为T2类核酸酶及分泌型细胞毒素稳定性的动态调控机制提供了新的思路。
该项研究成果于2021年5月31日在线发表在New Phytologist杂志上(DOI:10.1111/nph.17438)。薛勇彪研究组赵洪博士和宋砚斋博士为该论文的第一作者。该研究得到了中科院先导专项和国家自然科学基金的资助。
图: S-RNase的泛素化修饰和降解在杂交矮牵牛的异交亲和授粉中分步进行
