近日，華中農(nóng)業(yè)大學(xué)果蔬園藝作物種質(zhì)創(chuàng)新與利用全國重點實驗室、湖北洪山實驗室鄧秀新院士團隊柴利軍教授課題組在Genome Biology發(fā)表了題為Pan-S-locus analysis reveals insights into the origin and evolution of self-incompatibility in the orange subfamily的研究論文，通過構(gòu)建首個覆蓋柑橘亞科11個屬的泛S位點（pan-S-locus）圖譜，成功闡明柑橘亞科SI的起源與演化機制。該發(fā)現(xiàn)為深入解析植物類群SI系統(tǒng)的演化提供了重要范式，并將為系統(tǒng)揭示被子植物SI系統(tǒng)的宏觀進化規(guī)律奠定基礎(chǔ)。

自交不親和性（Self-Incompatibility, SI）是被子植物進化過程中形成的重要生殖策略，旨在防止自交、促進異交，從而維持物種遺傳多樣性。柴利軍教授課題組前期研究首次證實蕓香科柑橘亞科屬于以S-RNase介導(dǎo)的配子體自交不親和系統(tǒng)，控制其自交不親和系統(tǒng)的雌蕊決定因子為S-RNase（Nature Plants，2020），雄蕊決定因子為SLF (S-Locus F-box)（Journal of Experimental Botany，2024 封面）。并且系統(tǒng)明確柑橘屬（Nature Plants，2020；Horticulture Research，2021）、金柑屬（Plant Biotechnology Journal，2024 封面）枳屬（Plant Communications，2024）資源獨特親和演化機制及下游的復(fù)雜調(diào)控網(wǎng)絡(luò)（Plant Physiology，2024）。但有關(guān)S位點（S-locus）的表征及演化機制始終還未有明顯進展。

被子植物的SI多由單一高多態(tài)性超基因S位點（S-locus）控制，該位點包含兩類緊密連鎖的S決定因子基因，分別在花柱組織和花粉中特異性表達。由于S位點具有高多態(tài)性、重組抑制、富含轉(zhuǎn)座元件（Transposable Elements, TE）等特征，且其長度在不同家族中可從數(shù)百kb跨越至數(shù)十Mb，鮮有物種實現(xiàn)S位點的完整重構(gòu)，這極大制約了該超基因進化機制的研究。自S-RNase介導(dǎo)的SI系統(tǒng)關(guān)鍵基因被鑒定以來，S位點的表征及演化機制始終是學(xué)界關(guān)注焦點。

研究利用Revio測序技術(shù)完成S單倍型組裝，繪制出涵蓋柑橘亞科11個屬88個S單倍型的泛S位點圖譜?；赟位點基因與轉(zhuǎn)座元件的精準(zhǔn)注釋，團隊首次揭示柑橘亞科S-locus的獨特結(jié)構(gòu)特征。系統(tǒng)進化分析證實，柑橘亞科中S-like-RNase與S-RNase、nonS-locus F-box與SLFs具有共同起源。研究同時發(fā)現(xiàn)，核心保守基因在S基因聚集前已形成S位點前體，基因組中的RNase及F-box基因被選擇為S基因的潛在祖先，最終促成柑橘亞科S-locus超基因簇的形成。

通過比較S位點外群同源序列的核心保守非S基因片段，研究揭示柑橘亞科S位點起源于多次異步復(fù)制事件：首先由核心保守非S基因簇組裝形成S位點前體（Pre-S-locus）；隨后通過S基因遷移或復(fù)制建立原型S位點（Proto-S-locus）；最終經(jīng)復(fù)雜結(jié)構(gòu)變異、重排及重組抑制形成功能性S位點。轉(zhuǎn)座元件在驅(qū)動S基因進化中發(fā)揮關(guān)鍵作用，其活躍常伴隨假基因化事件及自交不親和性丟失。本研究對柑橘亞科泛S位點的全面解析，為破解自交不親和系統(tǒng)的復(fù)雜性奠定關(guān)鍵基礎(chǔ)，并為植物生殖策略的演化機制研究開辟新視角。

華中農(nóng)業(yè)大學(xué)已出站博士后胡健兵（現(xiàn)安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)副教授）、華中農(nóng)業(yè)大學(xué)信息學(xué)院杜澤臻博士為論文共同第一作者；華中農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝林學(xué)學(xué)院柴利軍教授、信息學(xué)院焦文標(biāo)教授及胡健兵博士為通訊作者。華中農(nóng)業(yè)大學(xué)劉晨晨博士、文豪博士生、劉聰博士生參與研究；湖南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院陳鵬研究員、肇慶學(xué)院吉前華教授、英國Aberystwyth大學(xué)Maurice Bosch教授、華中農(nóng)業(yè)大學(xué)鄧秀新院士、葉俊麗副研究員及林宗成教授為本研究提供重要指導(dǎo)。研究獲國家重點研發(fā)計劃、中央高校創(chuàng)新基金項目、國家自然科學(xué)基金及湖北省自然科學(xué)基金資助。

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https://genomebiology.biomedcentral.com/articles/10.1186/s13059-025-03817-x