番茄是重要的蔬菜作物，在世界范圍內廣泛種植。但這種常見的果蔬也面臨著“相親”難題。在繁衍后代時，番茄有著復雜的“擇偶”機制。
最近，中國科學院昆明植物研究所研究人員在學術期刊《新植物學家》上發(fā)表的一項新成果，揭開了番茄種間單向不親和反應的神秘面紗，為解決番茄“相親”難題找到了新的方法。
種間單向不親和阻礙番茄育種
番茄在種植過程中，很容易受到病蟲害的多重影響，導致產量和品質下降。
以前，科學家發(fā)現，長期馴化使栽培番茄遺傳多樣性大幅降低，抗逆性減弱。相比之下，野生番茄卻有極高的遺傳多樣性，具有抗病蟲害、抗旱和耐鹽堿等優(yōu)良特性。
同時，番茄的世界存在一種奇特的現象——種間單向不親和。這種現象就像是番茄界的“相親”規(guī)則，決定了哪些番茄可以順利結合，哪些則注定無緣。
以野生的潘那利番茄和栽培番茄為例，二者各自自交授粉后都能順利產生后代，但當它們進行種間授粉時，情況就變得復雜了。如果用栽培番茄的花粉，去給潘那利番茄的花柱授粉，花粉管會在花柱中停止生長，無法完成受精；但反過來，用潘那利番茄的花粉給栽培番茄的花柱授粉，花粉管卻可以正常生長并完成受精，這就是農學家常說的單向不親和。
這種現象阻礙了栽培番茄的育種改良。“它就像是番茄之間的‘隱形屏障’，阻礙了優(yōu)良基因的流動。”中國科學院昆明植物研究所研究員郭晗解釋說，團隊的研究目標，就是找到調控這種反應的遺傳因子，打破這個屏障，選育更多優(yōu)質番茄新品種。
為定向調控生殖障礙提供新靶點
此前，人們通過遠緣雜交技術將野生番茄的優(yōu)良基因導入栽培番茄，培育出高產、優(yōu)質、抗逆性強的新品種，推動番茄產業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。但番茄種間單向不親和的遺傳密碼遲遲未破解，郭晗團隊為此做了多年研究。
“野生潘那利番茄的單向不親和反應，是由花粉端和花柱端的遺傳因子共同調控的。”郭晗說，這些因子通過復雜的互作網絡，決定了花粉管能否在花柱中順利生長。
郭晗團隊在前人研究的基礎上，發(fā)現了兩個新的花粉種間單向不親和位點，并對其功能作了驗證。這兩個位點與已知的花粉種間單向不親和因子SpFPS2協(xié)同作用，共同造成了潘那利番茄與栽培番茄的單向不親和反應。這一發(fā)現，不僅完善了番茄種間單向不親和反應的分子調控框架，還為利用生物技術手段定向調控生殖障礙提供了新的靶點。
“我們通過構建多種番茄遺傳材料，系統(tǒng)地解析了這些種間單向不親和位點之間的互作關系。”論文的第一作者、昆明植物研究所博士研究生馬文春說，這就好比找到了番茄的“媒人”，可以精準地調控兩種番茄之間的親和性。
通過一系列研究，研究團隊發(fā)現，野生潘那利番茄的種間單向不親和反應涉及三種類型的花柱種間單向不親和機制，每種機制都有對應的花粉種間單向不親和位點。這些位點之間的相互作用，決定了番茄種間授粉的親和性。
比如，當強功能的種間單向不親和花粉因子遇到弱功能的種間單向不親和花柱因子時，花粉管可以正常生長；而當弱功能的種間單向不親和花粉因子遇到強功能的種間單向不親和花柱因子時，花粉管的生長就會受到抑制，表現出不親和反應。
“我們的研究不僅整合了近十年來該領域的工作，還為后續(xù)的分子機制研究奠定了基礎。”郭晗說。未來，研究人員可以利用生物技術手段，精準地調控番茄的親和性，從而打破野生番茄和栽培番茄之間的生殖障礙。這意味著，未來有望培育出更多高產、優(yōu)質、抗逆性強的番茄新品種。
“這項研究不僅為番茄育種提供了新的理論支持，也為其他作物的遠緣雜交育種提供了寶貴的借鑒。”郭晗說。
番茄是重要的蔬菜作物，在世界范圍內廣泛種植。但這種常見的果蔬也面臨著“相親”難題。在繁衍后代時，番茄有著復雜的“擇偶”機制。
最近，中國科學院昆明植物研究所研究人員在學術期刊《新植物學家》上發(fā)表的一項新成果，揭開了番茄種間單向不親和反應的神秘面紗，為解決番茄“相親”難題找到了新的方法。
種間單向不親和阻礙番茄育種
番茄在種植過程中，很容易受到病蟲害的多重影響，導致產量和品質下降。
以前，科學家發(fā)現，長期馴化使栽培番茄遺傳多樣性大幅降低，抗逆性減弱。相比之下，野生番茄卻有極高的遺傳多樣性，具有抗病蟲害、抗旱和耐鹽堿等優(yōu)良特性。
同時，番茄的世界存在一種奇特的現象——種間單向不親和。這種現象就像是番茄界的“相親”規(guī)則，決定了哪些番茄可以順利結合，哪些則注定無緣。
以野生的潘那利番茄和栽培番茄為例，二者各自自交授粉后都能順利產生后代，但當它們進行種間授粉時，情況就變得復雜了。如果用栽培番茄的花粉，去給潘那利番茄的花柱授粉，花粉管會在花柱中停止生長，無法完成受精；但反過來，用潘那利番茄的花粉給栽培番茄的花柱授粉，花粉管卻可以正常生長并完成受精，這就是農學家常說的單向不親和。
這種現象阻礙了栽培番茄的育種改良。“它就像是番茄之間的‘隱形屏障’，阻礙了優(yōu)良基因的流動。”中國科學院昆明植物研究所研究員郭晗解釋說，團隊的研究目標，就是找到調控這種反應的遺傳因子，打破這個屏障，選育更多優(yōu)質番茄新品種。
為定向調控生殖障礙提供新靶點
此前，人們通過遠緣雜交技術將野生番茄的優(yōu)良基因導入栽培番茄，培育出高產、優(yōu)質、抗逆性強的新品種，推動番茄產業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。但番茄種間單向不親和的遺傳密碼遲遲未破解，郭晗團隊為此做了多年研究。
“野生潘那利番茄的單向不親和反應，是由花粉端和花柱端的遺傳因子共同調控的。”郭晗說，這些因子通過復雜的互作網絡，決定了花粉管能否在花柱中順利生長。
郭晗團隊在前人研究的基礎上，發(fā)現了兩個新的花粉種間單向不親和位點，并對其功能作了驗證。這兩個位點與已知的花粉種間單向不親和因子SpFPS2協(xié)同作用，共同造成了潘那利番茄與栽培番茄的單向不親和反應。這一發(fā)現，不僅完善了番茄種間單向不親和反應的分子調控框架，還為利用生物技術手段定向調控生殖障礙提供了新的靶點。
“我們通過構建多種番茄遺傳材料，系統(tǒng)地解析了這些種間單向不親和位點之間的互作關系。”論文的第一作者、昆明植物研究所博士研究生馬文春說，這就好比找到了番茄的“媒人”，可以精準地調控兩種番茄之間的親和性。
通過一系列研究，研究團隊發(fā)現，野生潘那利番茄的種間單向不親和反應涉及三種類型的花柱種間單向不親和機制，每種機制都有對應的花粉種間單向不親和位點。這些位點之間的相互作用，決定了番茄種間授粉的親和性。
比如，當強功能的種間單向不親和花粉因子遇到弱功能的種間單向不親和花柱因子時，花粉管可以正常生長；而當弱功能的種間單向不親和花粉因子遇到強功能的種間單向不親和花柱因子時，花粉管的生長就會受到抑制，表現出不親和反應。
“我們的研究不僅整合了近十年來該領域的工作，還為后續(xù)的分子機制研究奠定了基礎。”郭晗說。未來，研究人員可以利用生物技術手段，精準地調控番茄的親和性，從而打破野生番茄和栽培番茄之間的生殖障礙。這意味著，未來有望培育出更多高產、優(yōu)質、抗逆性強的番茄新品種。
“這項研究不僅為番茄育種提供了新的理論支持，也為其他作物的遠緣雜交育種提供了寶貴的借鑒。”郭晗說。
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