揭示雌雄同体植物自交不亲和背后的隐藏机制

发布时间：2024-07-30 16:38:27 栏目：精选知识

导读 一项新研究提出了一种进化生物物理模型，为协同非自我识别自交不亲和性的进化提供了新的见解，自交不亲和性是植物中一种阻止自交并促进异花...

一项新研究提出了一种进化生物物理模型，为协同非自我识别自交不亲和性的进化提供了新的见解，自交不亲和性是植物中一种阻止自交并促进异花授粉的遗传机制。他们的创新模型引入了混杂的分子相互作用作为关键因素，增强了我们对雌雄同体植物遗传多样性和进化的理解。这项研究丰富了我们对植物生物学的理解，对揭示生物网络的进化和管理生物多样性具有更广泛的意义。



[耶路撒冷希伯来大学]–希伯来大学罗伯特 H. 史密斯农业植物科学与遗传学研究所的 Tamar Friedlander 博士及其团队与希伯来大学 爱因斯坦数学研究所的Ohad Feldheim 教授合作开展了一项新研究，开发了一种进化生物物理模型，为植物协同非自我识别自交不亲和性的进化提供了新的见解。该研究 引入了一种新颖的理论框架，其中纳入了传统模型在很大程度上忽视的混杂分子相互作用。

自交不亲和性 (SI) 是同时具有雄性和雌性生殖器官的植物中普遍存在的生物机制，可防止自交受精并促进遗传多样性。在这种机制下，受精依赖于高度多样化的蛋白质之间的特异性识别：RNase(雌性决定因子)和 SLF(雄性决定因子)。这些蛋白质之间的相互作用确保植物仅与非自交配偶相容，从而维持多样化的基因库。

Friedlander 博士及其团队提出的新模型代表了对自交不亲和性蛋白质进化动力学的理解取得了重大进展。通过允许混杂相互作用(可能与不熟悉的伴侣相互作用)以及每个蛋白质有多个不同的伴侣，该模型比以前只假设一对一相互作用的模型更接近经验发现。这种混杂性使雄性和雌性蛋白质之间能够形成灵活的相互作用模式，为这些蛋白质如何在几代中进化和相互作用提供了新的见解。

“我们的研究表明，蛋白质参与混杂相互作用的能力对于自交不亲和系统的长期进化维持至关重要，”弗里德兰德博士解释说。“我们认为，该系统的默认状态是很可能被识别，需要进化压力来避免这种情况，这与以前的想法相反。这种灵活性不仅有助于维持遗传多样性，还表明类似的机制可能在其他生物系统中起作用。”

该研究还揭示了这些植物的种群如何自发地组织成不同的相容性类别，从而确保不同类别之间的完全相容性，同时保持同一类别内的不相容性。该模型仅基于点突变预测了可能导致这些相容性类别形成或消失的各种进化路径。研究人员利用从物理学中的统计力学领域借用的经验和理论工具，分析了这些类别的出现和衰落之间的动态平衡，从而提供了一个可持续的进化模型。

“我们研究的这些见解不仅对植物生物学具有深远意义，而且对理解分子识别的基本原理及其对生物网络进化的影响也具有深远意义，”弗里德兰德博士补充道。“我们的发现还有助于保护植物的生物多样性。”

这项研究强调了混杂和多伙伴分子相互作用的作用，可能会启发在其他生物系统中寻找这两个元素，并有助于解释各种复杂分子网络的演变。