Evolution of self-compatibility by a mutant Sm-RNase in citrus

生物 遗传学 核糖核酸酶P 基因 混合的 突变体 基因座(遗传学) 植物 核糖核酸
作者
Mei Liang,Zonghong Cao,Andan Zhu,Yuanlong Liu,Mengqin Tao,Huayan Yang,Qiang Xu,Shaohua Wang,Junjie Liu,Yongping Li,Chuanwu Chen,Zongzhou Xie,Chong-Ling Deng,Junli Ye,Wen‐Wu Guo,Qiang Xu,Rui Xia,Robert M. Larkin,Xiuxin Deng,Maurice Bosch
出处
期刊:Nature plants [Nature Portfolio]
卷期号:6 (2): 131-142 被引量:142
标识
DOI:10.1038/s41477-020-0597-3
摘要

Self-incompatibility (SI) is an important mechanism that prevents self-fertilization and inbreeding in flowering plants. The most widespread SI system utilizes S ribonucleases (S-RNases) and S-locus F-boxes (SLFs) as S determinants. In citrus, SI is ancestral, and Citrus maxima (pummelo) is self-incompatible, while Citrus reticulata (mandarin) and its hybrids are self-compatible (SC). Here, we identify nine highly polymorphic pistil-specific, developmentally expressed S-RNases from pummelo that segregate with S haplotypes in a gametophytic manner and cluster with authentic S-RNases. We provide evidence that these S-RNases function as the female S determinants in citrus. Moreover, we show that each S-RNase is linked to approximately nine SLFs. In an analysis of 117 citrus SLF and SFL-like (SLFL) genes, we reveal that they cluster into 12 types and that the S-RNases and intra-haplotypic SLF and SLFL genes co-evolved. Our data support the notion that citrus have a S locus comprising a S-RNase and several SLFs that fit the non-self-recognition model. We identify a predominant single nucleotide mutation, Sm-RNase, in SC citrus, which provides a 'natural' loss of function. We show that SI-SC transitions due to the Sm-RNase initially arose in mandarin, spreading to its hybrids and became fixed. Identification of an evolutionarily distant new genus utilizing the S-RNase-based SI system, >100 million years separated from the nearest S-RNase family, is a milestone for evolutionary comparative studies.
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