Stigma receptors control intraspecies and interspecies barriers in Brassicaceae

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作者
Jiabao Huang,Lin Yang,Yang Liu,Xiaoyu Wu,Xiaoshuang Cui,Lili Zhang,Jiyun Hui,Yumei Zhao,Hongmin Yang,Shangjia Liu,Quanling Xu,Maoxuan Pang,Xinping Guo,Yunyun Cao,Yu Chen,Xinru Ren,Jinzhi Lv,Jian‐Qiang Yu,Junyi Ding,Gang Xu
出处
期刊:Nature [Nature Portfolio]
卷期号:614 (7947): 303-308 被引量:143
标识
DOI:10.1038/s41586-022-05640-x
摘要

Flowering plants have evolved numerous intraspecific and interspecific prezygotic reproductive barriers to prevent production of unfavourable offspring1. Within a species, self-incompatibility (SI) is a widely utilized mechanism that rejects self-pollen2,3 to avoid inbreeding depression. Interspecific barriers restrain breeding between species and often follow the SI × self-compatible (SC) rule, that is, interspecific pollen is unilaterally incompatible (UI) on SI pistils but unilaterally compatible (UC) on SC pistils1,4-6. The molecular mechanisms underlying SI, UI, SC and UC and their interconnections in the Brassicaceae remain unclear. Here we demonstrate that the SI pollen determinant S-locus cysteine-rich protein/S-locus protein 11 (SCR/SP11)2,3 or a signal from UI pollen binds to the SI female determinant S-locus receptor kinase (SRK)2,3, recruits FERONIA (FER)7-9 and activates FER-mediated reactive oxygen species production in SI stigmas10,11 to reject incompatible pollen. For compatible responses, diverged pollen coat protein B-class12-14 from SC and UC pollen differentially trigger nitric oxide, nitrosate FER to suppress reactive oxygen species in SC stigmas to facilitate pollen growth in an intraspecies-preferential manner, maintaining species integrity. Our results show that SRK and FER integrate mechanisms underlying intraspecific and interspecific barriers and offer paths to achieve distant breeding in Brassicaceae crops.
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