揭示雌雄同体植物自交不亲和背后的隐藏机制

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。该创新模型引入了混杂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。

希伯来大学罗伯特 H. 史密斯农业植物科学与遗传研究所的塔玛·弗里德兰德博士及其团队领导的一项研究，与希伯来大学爱因斯坦数学研究所的欧哈德·费尔德海姆教授合作，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。

该研究发表在《自然通讯》上，提出了一个新颖的理论框架，该框架结合了混杂的分子相互作用，而传统模型在很大程度上忽视了这些相互作用。

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一种生物机制，它阻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(雌性决定簇)和 SLF(雄性决定簇)。

这些蛋白质之间的相互作用确保植物只与非自交配偶相容，从而维持多样化的基因库。

弗里德兰德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(可能与不熟悉的伙伴相互作用)以及每个蛋白质有多个不同的伙伴，该模型比以前仅假设一对一相互作用的模型更接近经验发现。

这种混杂性使得雄性和雌性蛋白质之间形成了灵活的相互作用模式，为这些蛋白质如何进化和世代相互作用提供了新的见解。

弗里德兰德博士解释说：“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。”

“我们认为，该系统的默认状态是识别是可能的，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，而且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组织成不同的兼容类别，从而确保不同类别之间完全兼容，同时保持同一类别内的不兼容性。

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。研究人员利用物理学统计力学领域的经验和理论工具，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，可能会启发人们在其他生物系统中寻找这两种元素，并有助于解释各种复杂分子网络的演化。它丰富了对植物生物学的理解，对解读生物网络的演化和管理生物多样性具有更广泛的意义。