全 文 ：园艺学报，2016，43 (7)：1275–1285.
Acta Horticulturae Sinica
doi：10.16420/j.issn.0513-353x.2016-0145；http：//www. ahs. ac. cn 1275
收稿日期：2016–04–20；修回日期：2016–07–04
基金项目：国家自然科学基金项目（31171963，31372070）；中国农业科学院科技创新工程项目（CAAS-ASTIP-IVFCAAS）
* 通信作者 Author for correspondence（E-mail：duyongchen@caas.cn）
番茄单向不亲和基因 UI3a 的精细定位
宋丽华，崔丽朋，王孝宣，高建昌，国艳梅，黄泽军，杜永臣*
（中国农业科学院蔬菜花卉研究所，北京 100081）
摘 要：单向不亲和对于研究种间花粉不亲和及自交不亲和机制有重要意义。以潘那利番茄‘LA0716’
渐渗系群体中的单向不亲和株系为主要材料，通过花粉萌发试验，正、反交试验和花粉管在雌蕊中的伸
长研究，发现单向不亲和株系的花粉活力正常，其花粉与普通栽培番茄杂交可正常结实，但是其雌蕊不
能接受自身或栽培番茄的花粉。然而，将秘鲁番茄‘LA3858’的花粉授予单向不亲和株系，花粉能够正
常萌发，花粉管正常伸长和受精，但是杂交种子败育。利用 20 个分子标记对 BC5S3 群体的 1 000 株植株
进行遗传分析，结合表型鉴定结果，将单向不亲和基因 UI3a 精细定位于第 3 号染色体上分子标记
C2_At3g10220 和 1k-1294 之间，物理距离为 349 kb，该区域编码 37 个基因。
关键词：番茄；单向不亲和；UI3a 基因；精细定位
中图分类号：S 641.2 文献标志码：A 文章编号：0513-353X（2016）07-1275-11

Fine Mapping of UI3a，a Gene Controlling Unilateral Incompatibility in
Tomato
SONG Li-hua，CUI Li-peng，WANG Xiao-xuan，GAO Jian-chang，GUO Yan-mei，HUANG Ze-jun，
and DU Yong-chen*
（Institute of Vegetables and Flowers，Chinese Academy of Agricultural Sciences，Beijing 100081，China）
Abstract：Unilateral incompatibility（UI）is a kind of incompatibility that occurs in one direction
only，most often when the pollen donor is self-compatible（SC）and the recipient is self-incompatible（SI）.
In the present study，we identified 4 unilateral incompatibility lines（ui3a）from an introgression line（IL）
population of Solanum pennellii‘LA0716’in a fresh market tomato inbred line 1052 that was developed by
our group. Pollen germination test showed that the pollen viability of these ui3a lines was normal. Crosses
were successful when these ui3a lines as pollen donor and the self-compatibility（SC）lines from the IL
population as recipient，but not vice versa. Pollen tube growth studies indicated that the pistils of these
ui3a lines rejected the pollen of themselves and self-compatibility（SC）lines from the IL population，but
accept the pollen of S. peruvianum accession‘LA3858’. Subsequently，UI3a gene was fine-mapped to a
349 kb region between markers C2_At3g10220 and 1k-1294 on chromosome 3. There were 37 predicted
genes in this region.
Key words：tomato；unilateral incompatibility；UI3a；fine mapping


Song Li-hua，Cui Li-peng，Wang Xiao-xuan，Gao Jian-chang，Guo Yan-mei，Huang Ze-jun，Du Yong-chen.
Fine mapping of UI3a，a gene controlling unilateral incompatibility in tomato.
1276 Acta Horticulturae Sinica，2016，43 (7)：1275–1285.
开花植物自交不亲和（self-incompatibility，SI）包括孢子体自交不亲和（Sporophytic SI，SSI）
和配子体自交不亲和（Gametophytic SI，GSI）。孢子体自交不亲和的花粉亲和与否的表型由产生花
粉的二倍体亲本（即孢子体）的 S 基因型决定，主要存在于油菜、拟南芥等十字花科植物中。配子
体自交不亲和的花粉亲和与否的表型由单倍体花粉（即配子体）自身的 S 基因型决定，分布最为广
泛的是一种以 S-RNase 介导的自交不亲和性，主要存在于茄科、蔷薇科、车前科等植物中。
单向不亲和（Unilateral incompatibility，UI）是受精前的生殖障碍，是一种基因型的花粉不能被
另一种基因型的柱头所接受，反之则能正常结籽的现象。UI 通常遵循“SI × SC”规则，即 SI 植株
不能接受自交亲和（self-compatibility，SC）的花粉，反之则接受（Lewis & Crowe，1958）。Lewis
和 Crowe（1958）认为单向不亲和是由自交不亲和到自交亲和进化过程中 S 位点的逐渐瓦解或者改
变了花粉的特异性及花柱的组成造成的。单向不亲和现象在被子植物中广泛存在，在十字花科植物
（Lewis & Crowe，1958；Hiscock & Dickinson，1993；Kemp & Doughty，2003）、烟草（Murfett et al.，
1996）、玉米（Mangelsdorf & Jones，1926；Evans & Kermicle，2001；Lu et al.，2014）等作物中有
相关研究报道。Chetelat 和 Deverna（1991）利用类番茄茄、野生潘那利番茄及栽培番茄构建的二倍
体和倍半二倍体等群体，通过 RFLP 标记在 1、3、6、10、11 和 12 号染色体等检测到 UI 相关位点，
发现位于 1、6 和 10 号染色体的位点（ui1.1、ui6.1、ui10.1）是单向不亲和所必需的，且这些位点
有剂量效应，但是位于 3、11 和 12 号染色体的位点不是必需的或者是微效的。ui1.1 位于 1 号染色
体 43.2 Mb 的 S 位点上，编码 S-locus F-box（SLF）蛋白，与 CUL1 和 Skp1 蛋白互作形成 SCF 型泛
素 E3 连接酶复合物，与矮牵牛（Petunia hybrida）中的花粉特异性 SI 基因同源（Li & Chetelat，2015）。
李文涛等（2010）将 ui6.1 定位到番茄 6 号染色体上 160 kb 内，ui6.1 编码 Cullin1 蛋白（CUL1）,
其在 SI 和 UI 植物中都起作用，CUL1 能与 ui1.1 互作共同调控单向不亲和性。并且单独的 ui1.1 和
ui6.1 不能导致单向不亲和（Li & Chetelat，2015）。
本课题组在构建以栽培番茄为遗传背景的潘那利番茄‘LA0716’渐渗系群体中，发现 1 个位
于 3 号染色体的单向不亲和调控位点 ui3a，其被定位于 3 号染色体标记 C2_At3g12490 和
C2_At5g63380 之间，物理位置 SL2.50ch03：59 587 639......SL2.50ch03：61 818 437，约 2.2 Mb（周
慧，2015）。该基因为隐性，具有单向不亲和的所有特征，其自交不亲和且不能接受栽培番茄的花粉，
但对花粉活力没有影响。本研究在此基础上以渐渗系群体中单向不亲和相关株系为主要研究材料，
通过构建高密度遗传图谱将 UI3a 基因进行精细定位，并对花粉管在雌蕊中的伸长与亲和性关系进
行研究，以期为克隆基因提供理论和技术支持，并为研究种间花粉不亲和、单向不亲和、自交不亲
和以及克服远缘杂交不亲和提供更多遗传方面的依据。
1 材料与方法
1.1 试验材料
试验材料为野生潘那利番茄（S. pennellii）‘LA0716’、栽培番茄（S. lycopersicum）‘1052’及
潘那利番茄‘LA0716’渐渗群体中 ui3a 相关株系的 BC5S3 群体。潘那利番茄耐旱性强，抗虫、抗
病性好，与栽培番茄杂交亲和性较好，其株系‘LA0716’自交亲和（SC），并可作为父本与秘鲁番
茄等自交不亲和的野生番茄杂交结籽（Li et al.，2010）。栽培番茄‘1052’自交亲和，是中国农业
科学院蔬菜花卉研究所鲜食番茄课题组培育出的高代优良株系。
2015 年 7 月至 8 月，将 BC5S3 种子播种，培养成 1 000 株幼苗。利用目的基因所在染色体片段
宋丽华，崔丽朋，王孝宣，高建昌，国艳梅，黄泽军，杜永臣.
番茄单向不亲和基因 UI3a 的精细定位.
园艺学报，2016，43 (7)：1275–1285. 1277

的多态性分子标记，从 800 株幼苗中分别筛选出 SC 和 ui3a 单株各 10 株，用于花粉萌发试验，正、
反交试验和花粉管在雌蕊中的伸长试验等，其中重组单株用于目的基因的精细定位。将余下的 200
株幼苗不做筛选定植于大棚，用于表型统计和精细定位。此外，定植‘1052’和‘LA0716’各 10
株作为对照。所有材料种植于中国农业科学院蔬菜花卉研究所试验基地，采用常规方法管理。
1.2 单向不亲和株系的花器官观察
对 BC5S3 群体中的 SC 株系和 ui3a 株系的花器官进行观察，采用目测法结合体视镜观察方法，
比较 SC 和 ui3a 株系的花器官形态、花药、柱头和子房等方面的差异。
1.3 单向不亲和株系的花粉离体萌发试验
分别取 BC5S3 群体中 SC 株系和 ui3a 株系的第 2 穗和第 3 穗花，取出花药，放在干燥器中，
24 h 后轻轻敲打花药，收集花粉，用于花粉管萌发试验。参照马艳茹（2013）的方法作部分改动：
液体培养基为蔗糖 120 g · L-1、硼酸 120 mg · L-1、GA 4 mg · L-1、硫胺素 0.5 mg · L-1，高压蒸汽灭菌。
在培养皿中倒入 10 mL 液体培养基，分别接入 SC 和 ui3a 株系花粉，3 次重复。28 ℃恒温箱中培养
2 h 后在倒置显微镜下观察花粉萌发状况，每个重复随机选取 3 个视野，每个视野的花粉总数不少
于 100 粒。花粉管的长度大于花粉直径时便视为花粉萌发。花粉萌发率（%）= 视野中萌发的花粉
粒个数/视野中花粉粒总数 × 100。
1.4 单向不亲和株系的自交、正交、反交及花粉管伸长试验
2015 年 9 月至 10 月，将 BC5S3 群体中的 SC 株系和 ui3a 株系各选择 6 株分别进行自交、正交
及反交试验，人工辅助授粉。另外，分别将 SC 和 ui3a 株系去雄作母本，授以秘鲁番茄（S. peruvianum）
‘LA3858’（自交不亲和）的花粉。对以上自交和杂交组合的花粉管在雌蕊中的伸长情况进行观察。
选择发育正常的花蕾，开花前 1 d 去雄，每个组合处理 30 朵以上。在晴天 9：30—11：30，选
择完全开放的花朵进行授粉（徐鹤林和李景富，2007），从当天盛开的花朵取花粉，保证授粉量充足，
并进行重复授粉。
授粉后 24、48 和 72 h 取样，用镊子去掉花萼、花瓣，只保留花柱和子房，参照 Hiratsuka 等（2001）
方法固定于 FAA 固定液（50%或 70%的乙醇 90 mL、冰醋酸 5 mL、37% ~ 40%的甲醛 5 mL）中。
24 h 后用蒸馏水冲洗干净，置于 8 mol · L-1 的 NaOH 溶液中，80 ℃水浴中软化 2 h，用蒸馏水冲洗
干净，0.1%的水溶性苯胺蓝（染色液用 2%的 K3PO4 溶液配制）染色 2 h。将材料置于载玻片上，加
1 滴 50%的甘油，加盖玻片，轻轻压片。用 Olympus BX51 型显微镜在 WU（宽带紫外光激发）下
观察花粉管伸长长度和数量等。
1.5 UI3a 基因的遗传分析与精细定位
根据目的基因所在染色体片段内‘LA0176’和‘1052’序列的差异开发了 30 个 InDel 分子标
记，本课题组已有 13 个 InDel 分子标记，挑选自 SGN 的 3 个 CAPS 分子标记，共筛选出目的染色
体片段内的 17 个 InDel 标记和 3 个 CAPS 标记（表 1）。用这 20 个标记对 BC5S3 的 1 000 株群体进
行遗传分析，结合表型鉴定结果对目的基因进行精细定位。利用番茄全基因组测序提供的序列信息
及注释结果，对单向不亲和基因定位区域的候选基因进行预测。DNA 的提取采用改良的 CTAB 法
（Fulton et al.，1995）。PCR 反应体系 15 mL：DNA 2.5 mL（50 ~ 100 g · μL-1），正、反向引物各
0.4 mL（10 mol · L-1），2× GoTaq GreenMaster Mix 7.5 mL，ddH2O 4.2 mL。PCR 反应程序：94 ℃预
Song Li-hua，Cui Li-peng，Wang Xiao-xuan，Gao Jian-chang，Guo Yan-mei，Huang Ze-jun，Du Yong-chen.
Fine mapping of UI3a，a gene controlling unilateral incompatibility in tomato.
1278 Acta Horticulturae Sinica，2016，43 (7)：1275–1285.
变性 4 min；94 ℃变性 40 s，55 ℃退火 50 s；72 ℃延伸 1 min，32 个循环；72 ℃延伸 7 min；4 ℃
冰箱保存。24 μL 酶切体系：PCR 产物 15 μL，限制性核酸内切酶 0.3 μL（10 U · μL-1，即两个酶活
力单位），10× Buffer 2.4 μL，ddH2O 6.3 μL。酶切体系置于金属浴中，据不同限制性内切酶的最适反
应温度，将金属浴设置为不同的温度，保证酶切体系在最适反应温度下酶切 4 ~ 16 h。酶切产物用
1.5% ~ 1.8%的琼脂糖凝胶（100 mL ddH2O 中加入 1.5 ~ 1.8 g 琼脂糖，EB 染色），150 V 电压，电泳
分离 30 ~ 40 min。以 100 bp ladder 为参照，利用凝胶成像仪获得凝胶图像并进行结果统计。InDel
标记扩增产物用 8.0%的非变性聚丙烯酰胺凝胶，180 V 电压，电泳分离 1 h 15 min，银染显色后在
胶片观察灯下进行带型统计分析。引物序列由生工生物工程（上海）股份有限公司合成。
2015 年 11 月，对定植的 200 株 BC5S3 分离群体分别进行果实大小、质量和种子量等表型的调
查统计。

表 1 UI3a 精细定位所用的分子标记及序列
Table 1 Molecular markers and their sequences used for fine mapping of UI3a
引物名称
Primer name
上游引物
Forward primer
下游引物
Reverse primer
限制性内切酶
Restriction enzyme
lk-1260
C2_At3g12490
lk-1274
lk-1275
lk-1276
lk-1277
1k-1281
1k-1285
lk-1286
lk-1287
C2_At3g10220
lk-1288
lk-1289
lk-1290
lk-1291
lk-1294
lk-1296
lk-1297
C2_At5g63380
HP1247/1248
GGGGTACCCTTAGTATTTATGTC
ACTGCACCACCTCACTCTTGAGGTC
GCCAGGTTTGTACTCAATTT
AAATTCTCAGTTTCGCATTC
TGCTGTAATTAAAGAGCTTCG
GGGTATTAAGCACAAGGTGT
GAGAAGAGAACGAAGTCACC
ATCAACCCAATAACTTGTCG
AAATGGTGAAACCACTTGAG
CAAAGATTTTAGAGAGCAGCA
TGGCTTCTCAGTTACAGATTCAAGG
CATTACTTGAACAAAAATTACTGA
GTTAAATGGGGAAGTCACCT
GCCATTGATATCAGATCCAG
CACATATAGTATTACTGCGTCCA
TTCCATTGTCCTTAAATTGTG
GTTTGGGTTTCTTCTTTGGT
AATTGATTAGGGGATATCAGG
AGCAGGGGAGATTCCTATGGC
AAAAGTCCACCTTTCGCTCT
GACGTGTCGACTTCTCAATTA
TGGATGTATAGAGTTGGATCTCTGCTG
ATTCAGCCCAAGTCATATTC
AAGAAGTTGAAAACTACCCAGA
CCTTTGATGAGAAGCAGAAG
CAGTCAATAACAAGCATACACA
AAAAGGTCAATGAAAACGAA
TGACCCAAAGATCAGTTGAC
CTTTAGTTGGCTTTATGTCCA
CTTTAGTTGGCTTTATGTCCA
AACCTCCGGAGGTCACTGACG
GGTCTGGGATGAAGTTAGAA
TTTGATGATTTTGATTTTCAGA
TCAGATTTTCCGTTTGAAAT
AATAACTTGCAACGAATGCT
CGTTATGTTCAACGGTAAAA
ACGGCTACTCACATCTCAAA
TGTTTGTGCATTTCCTGTAG
ATCTTTCCAGCAGGAGATTTTGG
TGCCTAGAATGTCAAAAATGC
–
DpnⅡ
–
–
–
–
–
–
–
–
HinfⅠ
–
–
–
–
–
–
–
DpnⅡ
–
2 结果与分析
2.1 单向不亲和与自交亲和株系的花器官比较及花粉活力鉴定结果
对 SC 株系和 ui3a 株系花器官的分析结果表明，SC 株系和 ui3a 株系花朵大小相近，花瓣数均
为 5 ~ 7 瓣，子房上位，浅绿色，柱头均低于花药筒，为短花柱型，花柱和子房内部解剖结构完整
（图 1），未发现 SC 株系和 ui3a 株系的花器官有明显差异。
花粉活力试验结果显示，SC 和 ui3a 株系花粉萌发率接近，分别为 60%和 59%，表明 SC 株系
和 ui3a 株系的花粉萌发力都较好，即花粉活力正常（图 2），该基因并未影响花器官发育和花粉活
力。
宋丽华，崔丽朋，王孝宣，高建昌，国艳梅，黄泽军，杜永臣.
番茄单向不亲和基因 UI3a 的精细定位.
园艺学报，2016，43 (7)：1275–1285. 1279


图 1 SC 和 ui3a 株系花器官比较分析
Fig. 1 Floral morphology analysis of SC and ui3a lines

图 2 SC 和 ui3a 株系花粉离体萌发结果
Fig. 2 Pollen germination of SC and ui3a lines

2.2 单向不亲和与自交亲和株系的自交、正交和反交试验及花粉管伸长试验结果
如图 3 所示，SC 株系自交亲和，果实大小 80 ~ 120 g，含有发育完全的种子；ui3a 株系自交不
亲和，没有果实或者有少量僵果，果实大小 10 ~ 15 g，果实内无种子。利用 ui3a 株系作为父本，


图 3 SC 和 ui3a 株系自交及正反交亲和性分析
Fig. 3 The compatibility of reciprocal cross between SC and ui3a lines
Song Li-hua，Cui Li-peng，Wang Xiao-xuan，Gao Jian-chang，Guo Yan-mei，Huang Ze-jun，Du Yong-chen.
Fine mapping of UI3a，a gene controlling unilateral incompatibility in tomato.
1280 Acta Horticulturae Sinica，2016，43 (7)：1275–1285.
与 SC 株系杂交亲和，获得正常的果实和种子；利用 ui3a 株系作为母本时，与 SC 株系杂交不亲和。
表明 ui3a 基因有自交不亲和及单向不亲和的所有特征。
花粉管伸长试验结果（图 4）表明，在授粉 24、36 和 72 h 后，SC 株系自交时花粉正常萌发且
有大量花粉管伸长至子房；ui3a 株系自交时花粉正常萌发，长出大量花粉管，但只能伸长至花柱的
1/3 ~ 3/4 处；SC ×ui3a 时，花粉正常萌发且有大量花粉管伸长至子房；ui3a × SC，花粉正常萌发，
长出大量花粉管，但花粉管只能伸长至花柱的 1/3 ~ 3/4 处；然而，将秘鲁番茄‘LA3858’的花粉授
以 SC 株系和 ui3a 株系时，花粉都能正常萌发且有大量花粉管伸长至子房，并且果实正常膨大，其
中有含正常胚的种子，但是杂交种子败育。


图 4 SC 和 ui3a 株系的花粉（红箭头）萌发与花粉管（白箭头）伸长研究
Fig. 4 Pollen germination（red arrows）and pollen tube growth testing（white arrows）of SC and ui3a lines

2.3 单向不亲和株系的遗传分析
研究表明，在 200 株 BC5S3 群体中，发现了 3 类表型的植株（图 5）。正常型，与母本‘1052’
相似，坐果正常，平均单果质量在 120 g 左右，单果种子数在 130 粒左右，共 42 株；中间型，坐果
偏少，单果质量在 70 g 左右，单果种子数在 40 粒左右，共 115 株；不育型，没有果实或者有 1 ~ 2
个僵果但没有种子，共 43 株。3 类表型的分离比接近 1︰2.7︰1，初步推测该不育型受隐性单基因控
制，而且该基因具有剂量效应。


图 5 ‘1052’及 BC5S3 群体果实大小
Fig. 5 The fruit size of‘1052’and BC5S3 population
宋丽华，崔丽朋，王孝宣，高建昌，国艳梅，黄泽军，杜永臣.
番茄单向不亲和基因 UI3a 的精细定位.
园艺学报，2016，43 (7)：1275–1285. 1281

2.4 UI3a 基因的精细定位
从 46 个分子标记中筛选出了有多态性且扩增效果良好的 17 个 InDel 标记和 3 个 CAPS 标记。
图 6 为利用其中的两个 InDel 标记 1k-1286 和 1k-1294 及两个 CAPS 标记 C2_At3g12490 和
C2_At3g10220 对双亲及部分 BC5S3 分离群体的遗传分析结果，4 个标记均为共显性标记，能有效区
分双亲及 BC5S3 的基因型。


图 6 利用 4 个分子标记对双亲‘1052’和‘LA0716’及部分 BC5S3 单株的遗传分析
Fig. 6 Genetic analysis of two parents‘1052’and‘LA0716’and
BC5S3 plants with 4 molecular markers


利用筛选出的 20 个分子标记对 1 000 株 BC5S3 分离群体进行遗传分析，结合表型鉴定结果最终
将 UI3a 基因定位到标记 C2_At3g10220 和 1k-1294 之间，两标记之间的物理距离为 349 kb（图 7）。



图 7 UI3a 基因在番茄第 3 号染色体上的定位结果
Fig. 7 Molecular mapping of UI3a on tomato chromosome 3

参照 Heinz1706 基因组序列信息和注释基因，在 3 号染色体目的基因区域共检测到 37 个候选基
Song Li-hua，Cui Li-peng，Wang Xiao-xuan，Gao Jian-chang，Guo Yan-mei，Huang Ze-jun，Du Yong-chen.
Fine mapping of UI3a，a gene controlling unilateral incompatibility in tomato.
1282 Acta Horticulturae Sinica，2016，43 (7)：1275–1285.
因（Solyc03g098170 ~ Solyc03g098540），这些基因中有 15 个编码功能蛋白（有 4 个 F-box 蛋白），
10 个编码酶，1 个编码 DNA 聚合酶亚基 2，3 个编码 MYB 转录因子，1 个编码微管蛋白折叠辅助
因子 B，1 个编码核苷酸门控通道，1 个 Argonaute 家族基因，5 个未知功能基因（表 2）。MYB 家
族是数量最多、功能最多样化的转录因子家族之一，有报道其调控花粉管接受过程；F-box 蛋白家
族参与了植物的花分生组织、花器官建成以及自交不亲和等过程；一些受体蛋白激酶参与了 SI 的信
号识别；核苷酸门控通道参与了花粉管延伸。这些基因均可能是 UI3a 的候选基因，接下来的工作
需要对其进行进一步的精细定位及功能验证。

表 2 UI3a 候选基因及其功能注释
Table 2 Candidate genes of UI3a and their functional annotation
基因编号
Gene ID
拟南芥同源基因
Homologous gene in Arabidopsis
功能注释
Functional annotation
Solyc03g098170
Solyc03g098180
Solyc03g098190
Solyc03g098200
Solyc03g098210
Solyc03g098220
Solyc03g098230
Solyc03g098240
Solyc03g098250
Solyc03g098260
Solyc03g098270
Solyc03g098280
Solyc03g098290
Solyc03g098300
Solyc03g098310
Solyc03g098320
Solyc03g098330
Solyc03g098340
Solyc03g098350
Solyc03g098360
Solyc03g098370
Solyc03g098380
Solyc03g098390
Solyc03g098400
Solyc03g098410
Solyc03g098420
Solyc03g098430
Solyc03g098440

Solyc03g098450
Solyc03g098460
Solyc03g098470
Solyc03g098480
Solyc03g098490
Solyc03g098500
Solyc03g098520
Solyc03g098530
Solyc03g098540
AT3G10220

anac057
HDG11
CNBT1
ATSPT1
D-CDES
GAD
ATDPB2
ATMYB54
MYB105
AGO1
SUS6
LYSA2
LYSA1
EPR1
F13M23.40
AT1G73240

EFR





PCMP-H36
XTH9



F11A17.4
FEY
AT4G303330


AGD15


管蛋白折叠辅助因子 B Tubulin folding cofactor B
磷酸酯酶 Phosphoesterase dhha1
NAC 蛋白 NAC domain protein IPR003441
同源异型域–亮氨酸拉链蛋白 Homeobox-leucine zipper protein
核苷酸门控通道 Cyclic nucleotide-gated channel
丝氨酸棕榈转移酶 Erine palmitoyltransferase 1
D–半胱氨酸脱巯基酶 Cysteine desulfhydrase
同型谷氨酸脱羧酶 Glutamate decarboxylase
DNA 聚合酶亚基 2 DNA polymerase epsilon subunit 2
MYB 转录因子 MYB transcription factor
MYB 转录因子 MYB transcription factor
Argonaute 家族基因 Argonaute gene family
蔗糖合酶 Sucrose synthase
鸟氨酸脱羧酶 Ornithine decarboxylase
鸟氨酸脱羧酶 Ornithine decarboxylase
MYB 转录因子 MYB transcription factor
LOC100036982 蛋白 LOC100036982 protein（fragment）
未知蛋白 Unknown protein
F-box 蛋白 F-box protein interaction domain containing protein
LRR 受体蛋白激酶 LRR receptor protein kinase
F-box 蛋白 F-box protein interaction domain containing protein
F-box 蛋白 F-box protein interaction domain containing protein
F-box 蛋白 F-box protein interaction domain containing protein
受体蛋白激酶蛋白 Receptor protein kinase-like protein
Os04g0566000 蛋白 Os04g0566000 protein（fragment）
三角状五肽重复蛋白 Pentatricopeptide repeat-containing protein
木葡聚糖内糖基转移酶/水解酶 5 Xyloglucan endotransglucosylase/hydrolase 5
小谷氨酸盐丰富三角形四肽重复蛋白 A
Small glutamine-rich tetratricopeptide repeat-containing protein A
蛋白激酶互作蛋白 Protein kinase interacting protein
视黄醇（维生素 A）脱氢酶 12 Retinol dehydrogenase 12
核内小核糖核蛋白 E Small nuclear ribonucleoprotein E
未知蛋白 Unknown protein
未知蛋白 Unknown protein
Arf-GAP with GTPase，ANK repeat and PH domain-containing protein 1
未知蛋白 Unknown protein
未知蛋白 Unknown protein
多聚蛋白 Polyprotein（fragment）
宋丽华，崔丽朋，王孝宣，高建昌，国艳梅，黄泽军，杜永臣.
番茄单向不亲和基因 UI3a 的精细定位.
园艺学报，2016，43 (7)：1275–1285. 1283

3 讨论
本研究通过花粉在不同受体材料中萌发、生长、受精和结籽等方法研究了番茄单向不亲和株系
ui3a 的亲和性，并将 UI3a 基因进行了精细定位和候选基因预测，研究结果对于 UI3a 基因的进一步
克隆，研究单向不亲和、自交不亲和以及野生番茄与栽培番茄远缘杂交不亲和现象等均有重要的意
义。
本研究中的花粉萌发试验结果显示 ui3a/ui3a 株系花器官和花粉活力正常，表明该基因并未影响
花器官发育和花粉活力。但 ui3a/ui3a 株系自交不亲和且与 UI3a/UI3a 株系和 UI3a/ui3a 株系间存在
单向不亲和，没有果实或者有 1 ~ 2 个僵果；UI3a/ui3a 株系自交亲和，但果实大小和果实种子量都
低于 UI3a/UI3a 株系，所有这些结果表明 ui3a 调控自身花粉管和外源花粉管伸长到子房的能力，造
成 ui3a 株系的自交不亲和及单向不亲和。据前人研究报道，S 位点突变不是导致 UI 的惟一原因，
除了 S 位点之外还有其他位点调控单向不亲和，可能是多基因控制的或者是 S 位点和其他基因共同
互作表达的结果（Hardon，1967；Chetelat & Deverna，1991）。UI3a/ui3a 株系的单株果实大小和种子
量明显小于 UI3a/UI3a 株系，表明该调控位点可能有剂量效应。此外，该基因的分离比偏离 1︰2︰1，
这可能是由于含单向不亲和基因的种子在发育过程中受到抑制未能发育成完全种子，或者是含该基
因的种子在播种后具有发育障碍所致，其具体机制还需进一步研究。
梁树南和吴定华（1994）对潘那利番茄远缘杂交的研究发现，潘那利番茄与秘鲁番茄杂交结实
率虽达 28%，但果实内没有可供播种或人工离体培养的具胚胎的种子。本研究中将秘鲁番茄
‘LA3858’的花粉授以 ui3a 株系，花粉管能伸长至子房，随后子房正常膨大，产生一定量的种子，
该种子可进行人工离体胚培养，但后期种子败育，这排除了不亲和株系的雌性器官功能丧失的可能，
并在一定程度上说明了秘鲁番茄与潘那利番茄在亲和性上有一定密切性。
Chetelat 和 Deverna（1991）在利用类番茄茄、S. pennellii 及栽培番茄构建的二倍体和倍半二倍
体等群体中，通过 RFLP 分子标记检测到位于番茄 3 号染色体的单向不亲和相关位点，但是未将其
精细定位，并且认为该位点不是 S. pennelii 单向不亲和所必须的或者是微效的。本研究中得到的单
向不亲和株系具有番茄单向不亲和的所有特性，其表现自交不亲和及单向不亲和，并将 UI3a 基因
进行了精细定位和候选基因预测。UI3a 基因可能同其他基因互作调控单向不亲和，但具体与哪些基
因互作、以何种方式互作，还需进一步研究。
本研究中将 UI3a 基因定位于 3 号染色体上分子标记 C2_At3g10220 和 1k-1294 之间，物理距离
为 349 kb，该区域编码 37 个基因。其中 Solyc03g098260、Solyc03g098270 和 Solyc03g098320 被注
释为 MYB 转录因子。研究发现 MYB97、MYB101、MYB120 调控花粉管接受过程（谭泽民，2014）。
MYB 家族的 MYB98 在雌配子发育、花粉管的诱导和丝状器的形成过程中调节助细胞的分化
（Punwani et al.，2008）。Solyc03g098320 在拟南芥中的同源基因为 EPR1 磷酸化功能域，李季（2011）
预测了一个 EPR1 磷酸化功能域，其在 Sl-EIL1 基因的转录调控过程中发挥重要作用，而 Sl-EIL1 对
番茄花的发育及种子形成有重要作用。Solyc03g098210 被注释为核苷酸门控通道，而核苷酸门控通
道参与花粉管延伸（葛婷，2015)。Solyc03g098360 和 Solyc03g098400 分别被注释为 LRR 受体蛋白
激酶和受体蛋白激酶蛋白，研究报道SI的信号识别受体属于受体蛋白激酶（receptor-like kinase，PLK）
（郝艾馨 等，2013）。Solyc03g098350、Solyc03g098370、Solyc03g098380、Solyc03g098390 被注释
为 F-box 蛋白，研究发现拟南芥的 UFO（UnusuaL Floral Organs）属于 F-box 蛋白，其参与植物的花
分生组织和花器官建成（Levin & Meyerowitz，1995；Alon et al.，1999；Hepworth et al.，2006），且
Song Li-hua，Cui Li-peng，Wang Xiao-xuan，Gao Jian-chang，Guo Yan-mei，Huang Ze-jun，Du Yong-chen.
Fine mapping of UI3a，a gene controlling unilateral incompatibility in tomato.
1284 Acta Horticulturae Sinica，2016，43 (7)：1275–1285.
F-box 蛋白与植物的自交不亲和性相关，其中与 S 位点相关的 S-locus F-box genes（SLF）在花粉中
特异表达（Lai et al.，2002；Ushijima et al.，2004；Sassa et al.，2010；霍冬英 等，2014）。以上基
因均可能为 UI3a 的候选基因，下一步的工作需构建更加精密的遗传图谱以对 UI3a 进行更为精细的
定位，同时克隆 UI3a 基因并验证其功能。

References
Alon Samach，Jennifer E Klenz，Susanne E Kohalmi，Risseeuw E，Haughn G W，Crosby W L. 1999. The unusual floral organs gene of Arabidopsis
thaliana is an F-box protein required for normal patterning and growth in the floral meristem. Plant Journal，20 (4)：433–445.
Chetelat R T，Deverna J W. 1991. Expression of unilateral incompatibility in pollen of Lycopersicon pennellii is determined by major loci on
chromosomes 1，6 and 10. Theoretical & Applied Genetics，82 (6)：704–712.
Evans M M S，Kermicle J L. 2001. Teosinte crossing barrier1，a locus governing hybridization of teosinte with maize. Theoretical & Applied
Genetics，103 (2–3)：259–265.
Fulton T M，Chunwongse J，Tanksley S D. 1995. Microprep protocol for extraction of DNA from tomato and other herbaceous plants. Plant
Molecular Biology Reporter，13 (3)：207-209.
Ge Ting. 2015. The research of CNGCs function in Arabidopsis in high calcium environment [M. D. Dissertation]. Huhhot：Inner Mongolia
University. (in Chinese)
葛 婷. 2015. CNGC 通道蛋白在拟南芥适应高钙环境中的功能[硕士论文]. 呼和浩特：内蒙古大学.
Hao Ai-xin，Lan Xing-guo，Wang Yu，Li Yu-hua. 2013. Advance in self-Incompatibility of Arabidopsis thaliana with the transgetic SRK-SCR. Plant
Physiology Journal，49 (11)：1113–1120. (in Chinese)
郝艾馨，蓝兴国，王 宇，李玉花. 2013. SRK-SCR 转基因拟南芥自交不亲和性的研究进展. 植物生理学报，49 (11)：1113–1120.
Hardon J J. 1967. Unilateral incompatibility between Solanum pennellii and Lycopersicon esculentum. Genetics，57 (4)：795–808.
Hepworth S R，Klenz J E，Haughn G W. 2006. UFO in the Arabidopsis inflorescence apex is required for floral-meristem identity and bract
suppression. Planta，223 (4)：769–778.
Hiratsuka S，Zhang S L，Nakagawa E，Kawai Y. 2001. Selective inhibition of the growth of incompatible pollen tube by S-protein in the Japanese pear.
Sexual Plant Reproduction，13 (4)：209–215.
Hiscock S J，Dickinson H G. 1993. Unilateral incompatibility within the Brassicaceae： further evidence for the involvement of the
self-incompatibility（S）-locus. Theoretical & Applied Genetics，86 (86)：744–753.
Huo Dong-ying，Zheng Wei-jun，Li Pan-song，Xu Zhao-shi，Zhou Yong-bin，Chen Ming，Ma You-zhi，Min Dong-hong，Zhang Xiao-hong. 2014.
identification，Classification，and drought response of F-box gene family in foxtail millet. Acta Agronomica Sinica，40 (9)：1585–1594. (in
Chinese)
霍冬英，郑炜君，李盼松，徐兆师，周永斌，陈 明，马有志，闵东红，张小红. 2014. 谷子 F-box 家族基因的鉴定、分类及干旱响应.
作物学报，40 (9)：1585–1594.
Kemp B P，Doughty J. 2003. Just how complex is the Brassica S-receptor complex? Journal of Experimental Botany，54 (380)：157–168.
Lai Zhao，Ma W S，Han B，Liang L Z，Zhang Y S，Hong G F，Xue Y B. 2002. An F-box gene linked to the self-incompatibility（S）locus of
Antirrhinum is expressed specifically in pollen and tapetum. Plant Molecular Biology，50 (1)：29–41.
Levin J Z，Meyerowitz E M. 1995. Ufo–an Arabidopsis gene involved in both floral meristem and floral organ development. Plant Cell，7 (5)：
529–548.
Lewis D，Crowe L K. 1958. Unilateral interspecific incompatibility in flowering plants. Heredity，12：233–256.
Li Ji. 2011. Identification and analysis the function of EPR–A phosphorylation-mediated tomato Sl-EIL1 transcriptional activation domain[Ph. D.
Dissertation]. Chongqing：Chongqing University. (in Chinese)
李 季. 2011. 番茄 Sl-EIL1 转录激活域 EPR1 的鉴定及其磷酸化对转录调控功能的影响研究[博士论文]. 重庆：重庆大学.
Li Wentao，Royer S，Chetelat R T. 2010. Fine Mapping of ui6.1，a gametophytic factor controlling pollen-side unilateral incompatibility in
宋丽华，崔丽朋，王孝宣，高建昌，国艳梅，黄泽军，杜永臣.
番茄单向不亲和基因 UI3a 的精细定位.
园艺学报，2016，43 (7)：1275–1285. 1285

interspecific Solanum hybrids. Genetics，185 (3)：1069–1080.
Li Wentao，Chetelat R T. 2015. Unilateral incompatibility gene ui1.1 encodes an S-locus F-box protein expressed in pollen of Solanum species.
Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America，112 (14)：4417–4422.
Liang Shu-nan，Wu Ding-hua，Wu Mei-zhen. 1994. Studies on the outcrossing in Solanum Pennellii（Lycopersicon Pennellii）. Journal of South China
Agricultural University，(2)：94–99. (in Chinese)
梁树南，吴定华，吴梅珍. 1994. 潘那利番茄远缘杂交的研究. 华南农业大学学报，(2)：94–99.
Lu Yongxia，Kermicle J L，Evans M M S. 2014. Genetic and cellular analysis of cross-incompatibility in Zea mays. Plant Reprod，27 (1)：19–
29.
Ma Yan-ru. 2013. Effects of high temperature stress on pollen viability，polyamine metabolism and genes related to stresses in tomato plant with
different heat-tolerance[M. D. Dissertation]. Beijing：Chinese Academy of Agricultural Sciences. (in Chinese)
马艳茹. 2013. 高温胁迫对耐热性不同番茄花粉活力、多胺代谢和逆境相关基因的影响[硕士论文]. 北京：中国农业科学院.
Mangelsdorf P C，Jones D F. 1926. The expression of Mendelian factors in the gametophyte of maize. Genetics，11 (5)：423–455.
Murfett J，Strabala T J，Zurek D M，Mou B，Beecher B，McClure B A. 1996. S RNase and interspecific pollen rejection in the genus Nicotiana：
multiple pollen–rejection pathways contribute to unilateral incompatibility between self-incompatible and self-compatible species. The Plant
Cell，8 (6)：943–958.
Punwani J A，Rabiger D S，Lloyd A，Drews G. N. 2008. The MYB98 subcircuit of the synergid gene regulatory network includes genes directly and
indirectly regulated by MYB98. Plant Journal，55 (3)：406–414.
Sassa H，Kakui H，Mai M. 2010. Pollen-expressed F-box gene family and mechanism of S-RNase-based gametophytic self-incompatibility（GSI）
in Rosaceae. Sexual Plant Reproduction，23 (1)：39–43.
Tan Ze-min. 2014. Study on the molecular mechanism of MYB97，MYB101 and MYB120 in controlling pollen tube reception[Ph. D. Dissertation].
Beijing：China Agricultural University. (in Chinese)
谭泽民. 2014. MYB97、MYB101、MYB120 调控花粉管接受的分子机理研究[博士论文]. 北京：中国农业大学.
Ushijima K，Yamane H，Watari A，Kakehi E，Ikeda K，Hauck N R，Iezzoni A F，Tao R. 2004. The S haplotype-specific F-box protein gene，
SFB，is defective in self-compatible haplotypes of Prunus avium and P. mume. Plant Journal for Cell & Molecular Biology，39 (4)：573–
586.
Xu He-lin，Li Jing-fu. 2007. Tomatoes in China. Beijing：China Agriculture Press. (in Chinese)
徐鹤林，李景富. 2007. 中国番茄. 北京：中国农业出版社.
Zhou Hui. 2015. Identification of the genetic loci for tomato fruit plant morphology and fertility using a Solanum pennellii introgression line
population[M. D. Dissertation]. Beijing：Chinese Academy of Agricultural Sciences. (in Chinese)
周 慧. 2015. 利用 Solanum pennellii 渐渗群体对番茄果实、株型和育性相关位点的遗传定位分析[硕士论文]. 北京：中国农业科学院.