摘要
宁夏枸杞(Lycium barbarum L.)属于茄科(Solanaceae)枸杞属(Lycium)，是一种多年生的落叶小型灌木。主要分布于宁夏、新疆、内蒙等干旱和半干旱地区，是中国特有的经济植物。植物化学研究表明，枸杞子的化学成分主要有多糖、苯丙素、木质素、蒽醌、有机酸、萜类、甾醇、甾体、类胡萝卜素、黄酮、生物碱、肽类以及其他小分子和微量元素，具有很高的药用价值。 近年来宁夏科技工作者新选育出很多高产、优质新品种，例如“宁杞1号”、“宁杞6号”和“宁杞8号”。但种植过程中发现只有“宁杞1号”可以自交结实，而另外两个品种“宁杞6号”和“宁杞8号”单一品种大面积种植时结实率非常低，需要种植其他品种的授粉树才能大量结果。 针对上述生产种植中的问题我们以宁夏枸杞栽培品种“宁杞1号”、“宁杞6号”和“宁杞8号”作为实验材料，深入研究其繁育系统，并探究部分品种低自交结实率的分子机理。本研究的主要结果如下： （1）我们通过观察宁夏枸杞三个栽培品种枸杞开花生物学过程，发现3个宁夏枸杞栽培品种“宁杞1号”、“宁杞6号”和“宁杞8号”的花发育过程均正常。花粉活力和柱头可授性在三个品种间没有显著差异。授粉实验表明“宁杞6号”和“宁杞8号”可以进行杂交授粉，这也与较高的P/O比值相关。人工授粉的花粉管检测实验表明花粉在三个品种的柱头上均可以萌发，但自交时，只有“宁杞1号”的花粉管可以生长到子房内的胚珠中，完成受精作用，而“宁杞6号”和“宁杞8号”的花粉管只能生长到花柱中部位置，大部分的花粉管不能到达子房中的胚珠，即花粉管的长度远远小于柱头加花柱的长度，因此精子不能到达胚珠，无法完成受精作用。体外花粉萌发实验表明，花柱蛋白可以抑制同一栽培品种的花粉的萌发以及花粉管的生长。“宁杞6号”和“宁杞8号”花粉的萌发率远低于“宁杞1号”。上述实验结果均表明“宁杞6号”和“宁杞8号”为自交不亲和类型，而“宁杞1号”为自交亲和类型。 （2）我们也对三个品种的雌蕊转录组进行了测序，结果表明RNase在雌蕊中具高的表达量，F-box基因在雄蕊中高表达。结合茄科植物自交不亲和机制，我们推测宁夏枸杞是通过S-RNase靶蛋白与F-box蛋白进行自我和非自我识别，进而与受体蛋白Skp1以及Cullin和RBX1结合形成SCF复合体，该复合体具有E3连接酶活性，会激活E2泛素结合酶，然后使靶蛋白S-RNase泛素化，接下来启动蛋白水解途径，降解靶蛋白S-RNase，导致自交花粉管无法生长到胚珠，表现为自交不亲和。 （3）通过PCR和序列分析，我们确定了“宁杞1号”、“宁杞6号”和“宁杞8号”的S-RNases类型分别为S2S8，S2S5，S1S2。且通过序列比对发现宁杞1号中的两个S2-RNase和S8-RNase基因编码区只有7个脱氧核苷酸对的差异，其编码的蛋白仅有3个氨基酸的差异。证明“宁杞1号”中的S-RNase基因型近似为纯合型，而“宁杞6号”和“宁杞8号”中两S-RNase序列差异较大，为杂合型。由此我们推测，“宁杞1号”中纯合型S-RNase基因自交亲和，“宁杞6号”和“宁杞8号”杂合型的S-RNase则自交不亲和。 本研究明确了3个宁夏枸杞栽培品种中自交亲和和自交不亲和类型，分析其差异性，确定了宁夏枸杞栽培品种低自交结实率的分子机理为自交不亲和。并通过基因测序和基因功能分析等分子生物学方法鉴定了宁夏枸杞栽培品种的S-RNase基因型，为建立基于S-RNase基因型的宁夏枸杞树授粉品种配置系统，宁夏枸杞常规遗传育种和分子育种提供了理论基础。
NETL