全 文 ：园艺学报，2015，42 (7)：1251–1259.
Acta Horticulturae Sinica
doi：10.16420/j.issn.0513-353x.2015-0104；http：//www. ahs. ac. cn 1251
收稿日期：2015–03–31；修回日期：2015–05–20
基金项目：‘十二五’国家科技支撑计划项目（2013BAD02B03）；国家自然科学基金项目（31272123）；国家自然科学基金青年基金项
目（31401827）；科技部科技基础性工作专项（2012FY110100）；北京市科委重大项目（D131100000113001）
* 通信作者 Author for correspondence（E-mail：litianzhong1535@163.com；kaichunzhang@126.com）
甜樱桃‘拉宾斯’自交亲和性与 SFB4′ 基因的
关系研究
李 洋 1，李长龙 1，王 晶 2，闫国华 3，张晓明 4，李 威 1，张开春 2,*，
李天忠 1,*
（1 中国农业大学农学与生物技术学院，北京 100193；2 北京市农林科学院林业果树研究所，北京 100093；3北京市
落叶果树工程技术研究中心，北京 100093；4 农业部华北地区园艺作物生物学与种质创制重点实验室，北京 100093）
摘 要：甜樱桃品种‘拉宾斯’与‘雷尼’均为 S1S4 基因型。调查其自花结实率，‘拉宾斯’为 31.3%，
表现自交亲和；‘雷尼’为 0，表现为自交不亲和。将‘拉宾斯’与‘雷尼’相互授粉，‘拉宾斯’为父本
时表现亲和，反之不亲和，推断‘拉宾斯’的自交亲和性由花粉侧突变导致；调查花粉萌发率，‘拉宾斯’
为 58.08%，‘雷尼’为 57.82%。鉴定‘拉宾斯’自交后代及其与‘雷尼’杂交后代的 S-RNase 的基因型，
发现所有后代中均出现 S4基因型，部分后代中出现 S1基因型，证明‘拉宾斯’花粉育性是正常的，其亲
和性可能是由 S4基因座上花粉侧的基因突变导致。测序发现‘拉宾斯’花粉 SFB4′ 在 911 bp 处有 4 个碱
基缺失。分析‘拉宾斯’花粉 SFB4′ 与花柱 S4-RNase 的连锁性，发现两者连锁率为 100%。以‘拉宾斯’
为父本的带有 SFB4′ 的杂交后代的自花结实率为 23.3% ~ 61.4%，表现自交亲和，说明来源于‘拉宾斯’
的 SFB4′ 基因与自交亲和性有关。RT-PCR 及测序显示‘雷尼’SFB4 与‘拉宾斯’SFB4′ 均能正常转录，
但 4 个碱基缺失导致其 C 端翻译提前终止，原核表达 SFB4 和 SFB4′ 蛋白发现 SFB4 略大于 SFB4′，推测
是由于 SFB4′ 的翻译提前终止导致的。以上结果表明：‘拉宾斯’的自交亲和性可能是由花粉侧 SFB4′
C 端的氨基酸缺失导致，该缺失可能使其丧失了与 S-RNase 的识别能力。
关键词：甜樱桃；自交亲和性；花粉；SFB4′；氨基酸缺失
中图分类号：S 662.5 文献标志码：A 文章编号：0513-353X（2015）07-1251-09

Research of Relationship Between Sweet Cherry Lapins Self-compatibility
and SFB4′ Gene
LI Yang1，LI Chang-long1，WANG Jing2，YAN Guo-hua3，ZHANG Xiao-ming4，LI Wei1，ZHANG
Kai-chun2,*，and LI Tian-zhong1,*
（1College of Agriculture and Biotechnology，China Agricultural University，Beijing 100193，China；2Institute of Forestry
and Pomology，Beijing Academy of Agriculture and Forestry Sciences，Beijing 100093，China；3Beijing Engineering
Research Center for Deciduous Fruit Trees，Beijing 100093，China；4Key Laboratory of Biology and Genetic Improvement
of Horticultural Crops（North China），Ministry of Agriculture，Beijing 100093，China）
Abstract：The sweet cherry Lapins and Rainier were S1S4 genotype，self-pollination rate of Lapins

Li Yang，Li Chang-long，Wang Jing，Yan Guo-hua，Zhang Xiao-ming，Li Wei，Zhang Kai-chun，Li Tian-zhong.
Research of relationship between sweet cherry Lapins self-compatibility and SFB4′ gene.
1252 Acta Horticulturae Sinica，2015，42 (7)：1251–1259.
was 31.3%，performed self-compatibility and that of Rainier was 0，showed self-incompatibility. In the
reciprocal cross experiment，it showed compatible when Lapins was the male parent，however，it showed
incompatible if using Rainier as male parent. This result suggested that the reason of the Lapins
self-compatibility might be caused by pollen side mutation；The pollen germination rate of Lapins was
58.08% and that of Rainier was 57.82%. The S genotypes offspring of self-pollination and cross-pollination
were identified by Rainier and the results showed that S4 genotype can be detected in all generations，but S1
genotype was in part of the offspring，this further proved that Lapins pollen can germinate normal，and the
self-compatibility may be caused by a mutated gene on S4 genotype pollen side. Previous studies had found
that Lapins pollen SFB4 has 4 nucleotide deletion in 911 bp，and this SFB4′ gene linked style S4-RNase
closely in our experiment，the linkage rate was 100%；The self-fruit rate ranged from 23.3% to 61.4% in
the offsprings contained SFB4′，suggest that Lapins self-compatible may be determined by SFB4′；RT-PCR
and sequencing displayed that Lapins SFB4′ and Rainier SFB4 can transcription normally，but 4 bp DNA
deletion should cause a truncated protein in C terminal，and SDS-PAGE showed that the SFB4-GST fusion
protein was a bit bigger than the SFB4′-GST protein. The results above showed that：The self-compatible
of Lapins may be caused by the pollen side SFB4′ mutation，amino acid deletion may lead SFB4′ loss the
ability to recognize S-RNase.
Key words：sweet cherry；self-incompatibility；pollen；SFB4′；amino acid deletion

蔷薇科李属植物甜樱桃一般表现为配子体自交不亲和（张晓明，2005），由位于 S 基因座的两类
基因控制，即花柱决定因子 S–核酸酶（S-RNase）基因与花粉决定因子 SLF/SFB（S locus f-box）
蛋白基因（Tao & Amy，2010）。在花粉萌发过程中花粉管可以非特异地摄入花柱特异表达的 S-RNase，
其中非自我的 S-RNase 会被 SLF 识别、标记泛素后降解，而自我的 S-RNase 则可以发挥细胞毒性抑
制花粉管的继续生长，从而实现自交不亲和（Wang & Kao，2012）。1999 年甜樱桃花柱特异表达的
S–核酸酶基因被分离获得，该基因编码的蛋白具有 T2 家族核酸酶的典型特征，与烟草、矮牵牛的
S-RNase 具较高的同源性（Tao et al.，1999）。甜樱桃花粉特异表达的 SFB 基因 2004 年才被克隆（Ikeda
et al.，2004），该基因 N 端具有 F-box 结构域，与扁桃 SFB 基因有极高的同源性（Ushijima et al.，
2003，Ikeda et al.，2004），被认为可能是甜樱桃花粉候选因子。与矮牵牛和梨中多拷贝 SLF 以竞争
性抑制的方式识别 S-RNase 不同（Kubo et al.，2010；Tao & Amy，2010；Yuan et al.，2014），甜樱
桃单拷贝 SFB 基因与 S-RNase 的识别功能更为重要。目前有关甜樱桃自交不亲和的研究主要集中在
克隆不同单倍型 S-RNase 和 SFB 基因及分析上，对于 S-RNase 与 SFB 之间识别及泛素化降解机制
研究尚未见报道。
加拿大农业研究中心利用紫外诱变甜樱桃‘那翁’（S3S4）花粉，与‘Emperor Francis’（S3S4）
杂交选育出自交亲和性后代，再与‘Lambert’（S3S4）杂交，育成了自交亲和的‘斯坦拉’，以‘斯
坦拉’为父本，一系列杂交后选育出了自交亲和的‘拉宾斯’、‘Skeena’、‘Sonata’、‘Sweetheart’
（Ushijima et al.，2004），此系列自交亲和品种均为 SFB4 基因 911 bp 位置缺失 4 个碱基（Ushijima et
al.，2004；朱墨 等，2005）。与正常的 SFB4 基因相比，SFB4′ 基因的氨基酸在 C 端 306 位改变，
向后翻译 16 个氨基酸后终止，缺失 58 个氨基酸。目前虽然发现了 SFB4 与 SFB4′ 的区别，并认为
SFB4 缺失突变可能与其自交亲和性有关，但对于其具体功能的报道较少且多为推测，仅有关于 SFB
基因 N 端与 skp1 蛋白体外互作的报道（Daiki et al.，2012）。
李 洋，李长龙，王 晶，闫国华，张晓明，李 威，张开春，李天忠.
甜樱桃‘拉宾斯’自交亲和性与 SFB4′ 基因的关系研究.
园艺学报，2015，42 (7)：1251–1259. 1253

本研究中以自交亲和及不亲和的甜樱桃为研究试材，通过田间坐果率分析及遗传试验初步判明
‘拉宾斯’的自交亲和性是由 SFB4′ 的缺失突变引起的，并通过分析 SFB4 及 SFB4′ 转录和翻译，
对其可能的功能进行探究，为深入研究甜樱桃自交亲和性机制提供依据。
1 材料与方法
1.1 材料
2013 年 4 月在北京市农林科学院林业果树研究所樱桃圃采集甜樱桃‘雷尼’（S1S4）、‘拉宾斯’
（S1S4′）和‘红蜜’（S3S6）大蕾期的花药，阴干后收集花粉，–20 ℃保存备用。另外采集‘晚红珠’
（S6S9）ב拉宾斯’的 300 份杂交后代嫩叶，–80 ℃超低温冰箱保存备用。2014 年 6 月采集‘拉
宾斯’ב拉宾斯’、‘雷尼’ב拉宾斯’的后代种子，去掉种皮，–20 ℃保存备用。
1.2 授粉试验及坐果率统计
在花瓣未张开时用镊子小心去除‘雷尼’、‘拉宾斯’、‘红蜜’雄蕊并套袋，花药阴干后收集花
粉，待花瓣张开后分别进行自花授粉及相互授粉处理，处理后套袋，分别记录所授花朵数量，落花
后 20 d 记录坐果数并计算坐果率。
2012 年选取以‘拉宾斯’为父本的带有 SFB4′ 基因的樱桃实生苗后代（张晓明，2005）6 株观
察自花坐果率及自然坐果率。所选实生苗树龄 10 年，处盛花期。选东西方向 2 ~ 4 个外围枝条，在
花芽大蕾期用 200 目纱网套袋，记录所套袋的花数，开花后小心摇晃枝条促进自花授粉；选取同样
的枝条，花芽大蕾期不套袋，记录花朵数。落花后 25 d 记录坐果数，计算自然坐果率。
1.3 花粉培养及萌发率计算
将‘拉宾斯’、‘雷尼’花粉均匀撒播在花粉萌发液体培养基上（10%蔗糖，0.01%硼酸，0.02%
CaCl2），室温培养 2 h，显微镜下观察。分别选取 5 个视野记录总花粉数和萌发的花粉数，计算萌发
率。
1.4 花粉管荧光显微镜观察
‘拉宾斯’、‘雷尼’自花授粉和相互充分授粉 48 h 后各取 20 朵花，取雌蕊用 FAA 固定液固定，
苯胺蓝染色后用激光共聚焦显微镜观察花粉管生长状况。
1.5 ‘拉宾斯’自交及异交后代基因型鉴定
将‘拉宾斯’自交及‘雷尼’ב拉宾斯’后代的种子去种皮后用 CTAB 法提取基因组 DNA，
BFP73/74（张晓明，2005）作为鉴定引物（表 1）鉴定种子的 S 基因型。引物退火温度 54 ℃，34
个循环，延伸 1 min，2%琼脂糖电泳检测，统计数据后 χ2 检验 S 基因型的分离规律。
1.6 遗传连锁分析
CTAB 法提取杂交后代叶片基因组 DNA，根据 NCBI（http：//www.ncbi.nlm.nih.gov/）GenBank
提供的甜樱桃 S-RNase 和 SFB 基因序列，设计特异性引物（表 1）进行 PCR 扩增。S1-RNase 的引物
为 S1RNase F/R，退火温度 50 ℃；S4-RNase 的引物为 S4RNase F/R，退火温度 51 ℃；SFB1 的引物
为 SFB1 F/R，退火温度 58 ℃；SFB4 的引物为 SFB4 F/R，退火温度 60 ℃；均为 34 个循环，延伸
Li Yang，Li Chang-long，Wang Jing，Yan Guo-hua，Zhang Xiao-ming，Li Wei，Zhang Kai-chun，Li Tian-zhong.
Research of relationship between sweet cherry Lapins self-compatibility and SFB4′ gene.
1254 Acta Horticulturae Sinica，2015，42 (7)：1251–1259.
1 min。检测 SFB1 与 SFB4 的交换率。交换率为 SFB1 或 SFB4 交换的次数与总配子数的比值。

表 1 引物序列
Table 1 Sequences of primers
引物
Primer
引物序列
Primer sequence
引物说明
Primer explanation
S4RNase F ACATGGTAGATGTTCTGAAGCCT
S4RNase R GGTCCAGTTTTTTGTCGCACT
S4-RNase 特异性引物，从 S4-RNase 的 351 bp 到 507 bp，扩增片段 156 bp
S4-RNase specific primers，which can amplify 156 bp fragment from 351 bp to
507 bp on S4-RNase

SFB4 F TTTGGTCGACCCTGATAAC
SFB4 R ATGCCCCTAGAGA AATCTCTC
SFB4′特异性引物，从 SFB4 的 207 bp 到 781 bp，扩增片段 575 bp
SFB4′ specific primers，which can amplify 575 bp fragment from 207 bp to 781
bp on SFB4′

S1RNase F TACTTCGAGATATCTCACGAC
S1RNase R CAGTATTAGTTGCTGGATCAG
S1-RNase 特异性引物，从 S1-RNase 的 394 bp 到 595 bp，扩增片段 201 bp
S1-RNase specific primers，which can amplify 201 bp fragment from 394 bp to
595 bp on S1-RNase

SFB1 F TGTCACGTCGACCCTGAT
SFB1 R TATTCT TGCCGTTAAGAGTTC
SFB1 特异性引物，从 SFB1 的 205 bp 到 781 bp，扩增片段 577 bp
SFB1 specific primers，which can amplify 577 bp fragment from 205 bp to 781
bp on SFB1

SFB long F ATGATTTTCTACAGGATGACATTC
SFB long R TTAAGTATTATTGAGTAAAACTAAAC
SFB4/SFB4′ 全长引物，扩增片段长度为 1 134 bp
SFB4/SFB4′ full-length primers，fragment length was 1 134 bp

BFP73 TGGCCAAGTAATTATTCAAACCC
BFP74 CAAAATACCACTTCATGTAACAAC
S 基因型鉴定引物，扩增 S1 886 bp，S4 1 061 bp
S genotype identify primers，S1 was 886 bp，S4 was 1 061 bp

Actin F CGGTATTGCAGACAGGATGAGC Actin 基因引物，从 actin 的 927 bp 到 1 082 bp，扩增片段为 155 bp
Actin R GGTACTGAGGGATGCAAGGATGG Actin gene primers，from 927 b to 1 082 bp，the amplified fragment was 155 bp

1.7 SFB4 及 SFB4′ RT-PCR 转录分析及原核表达
将保存的花粉采用 EASYspin 植物 RNA 快速提取试剂盒提取 RNA，反转录成 cDNA。以此为
模板，用 SFB4 long F/R（表 1）扩增 SFB4 及 SFB4′。退火温度 42 ℃，30 个循环，延伸 1 min。连
T 载体后测序，将测序结果与 NCBI 上 SFB4（登录号 AB111521.1）及 SFB4′（登录号 AY649873.1）
比对。将得到的 SFB4 及 SFB4′ cDNA 序列用酶切位点 BamHⅠ和 NotⅠ亚克隆到 pGEX4T-1 上，测
序及酶切正确后转入 BL21 表达菌株，摇菌至 OD = 0.4 左右。16 ℃诱导 12 h，IPTG 浓度为 0.1
mmol · L-1。过 GST 纯化柱，还原型谷胱甘肽洗脱后 SDS-PAGE 电泳检测。
2 结果与分析
2.1 通过坐果率及花粉萌发率分析花粉自交亲和性突变
由表 2 可以看出，‘拉宾斯’自花授粉坐果率为 31.3%，表现自交亲和性；‘雷尼’为 0，表现
出完全自交不亲和。‘雷尼’与‘拉宾斯’的基因型相同，均为 S1S4。
相互授粉发现‘拉宾斯’作为父本给‘雷尼’和‘红蜜’授粉时表现亲和，坐果率正常；‘雷尼’
给‘红蜜’授粉，坐果率 55.8%。
‘拉宾斯’是自交亲和品种‘斯坦拉’的子代，‘斯坦拉’是通过紫外诱变选育产生的。诱变育
种可能会影响花粉育性，所以对‘雷尼’和‘拉宾斯’花粉萌发率进行比较，结果发现，‘雷尼’花
粉萌发率为 57.82%，‘拉宾斯’为 58.08%，初步判断‘拉宾斯’的自交亲和性突变发生在花粉侧。

李 洋，李长龙，王 晶，闫国华，张晓明，李 威，张开春，李天忠.
甜樱桃‘拉宾斯’自交亲和性与 SFB4′ 基因的关系研究.
园艺学报，2015，42 (7)：1251–1259. 1255

表 2 甜樱桃‘拉宾斯’和‘雷尼’自花授粉及杂交授粉结实率
Table 2 Setting rate of Lapins and Rainier self-pollinating and reciprocal cross
授粉组合
Pollination combination
花朵数
Flower number
坐果数
Fruit number
坐果率/%
Fruit setting rate
拉宾斯自花授粉 Lapins self-pollination 150 47 31.3
雷尼自花授粉  Rainier　 self-pollination 99 0 0
拉宾斯 × 雷尼 Lapins × Rainier 48 1 1.3
雷尼 × 拉宾斯 Rainier × Lapins 98 38 38.8
红蜜 × 拉宾斯 Hongmi × Lapins 77 30 39.0
红蜜 × 雷尼 Hongmi × Rainier 104 58 55.8

2.2 荧光显微镜观察花粉管
进一步通过荧光显微镜观察，当以‘拉宾斯’为父本给‘雷尼’和‘拉宾斯’花柱授粉时，花
柱中花粉管数量多，在经过花柱中上部后大多仍可继续生长，表现亲和；而当以‘雷尼’为父本授
粉时，花柱中花粉管稀少且生长缓慢，大多停在花柱中上部，表现不亲和（图 1，表 3），与授粉试
验一致，所以可以进一步证明‘拉宾斯’的自交亲和性突变发生在花粉侧。


















图 1 ‘拉宾斯’和‘雷尼’自花授粉及相互授粉花粉管观察
Fig. 1 Pollen tube observation of Lapins and Rainier self-pollination and reciprocal cross


表 3 花柱中花粉管生长状况统计
Table 3 Statistics of pollen tube growth condition in style
授粉组合
Pollination combination
亲和的花柱
Compatible style
不亲和的花柱
Incompatible style
拉宾斯自交 Lapins self-pollination　 19 1
雷尼 × 拉宾斯 Rainier × Lapins 17 3
雷尼自交 Rainier self-pollination　 0 20
拉宾斯 × 雷尼 Lapins × Rainier 1 19
注：亲和的花柱指花粉管在通过花柱中上部后仍可继续生长，不亲和的花柱指花粉管在花柱中上部停止生长。n = 20。
Note：The compatible style means the pollen tubes can pass through to the middle-upper part. The incompatible style means the pollen tubes
can’t pass through to the middle-upper part. n = 20.
Li Yang，Li Chang-long，Wang Jing，Yan Guo-hua，Zhang Xiao-ming，Li Wei，Zhang Kai-chun，Li Tian-zhong.
Research of relationship between sweet cherry Lapins self-compatibility and SFB4′ gene.
1256 Acta Horticulturae Sinica，2015，42 (7)：1251–1259.
2.3 ‘拉宾斯’自交及异交后代 S 基因型鉴定
‘拉宾斯’的自交亲和性是由花粉侧基因导
致的，对‘拉宾斯’自交后代及‘拉宾斯’给‘雷
尼’授粉的后代 S 基因型进行了预测（表 4），若
是花粉侧 S1 单倍型发生突变，则后代的 S 基因型
应为 S1S1、S1S4，在后代中均能检测到 S1 的存在，
且分离比应为 1︰1；若是 S4 单倍型发生突变，则
后代的 S 基因型应为 S1S4、S4S4，后代中均能检
测到 S4 的存在，分离比也应为 1︰1；若 S1 和 S4 的单倍型均发生改变，后代基因型应为 S1S1、S1S4、
S4S4，分离比为 1︰2︰1（李晓芳 等，2008；许高歌 等，2012）。
根据这一原理，利用引物 BFP73/74（张晓明，2005）鉴定‘拉宾斯’自交以及杂交后代的基因
型，结果显示在后代中均能检测到 S4 的基因型，而 S1 的基因型能在部分后代中检测到（图 2，表 5），
S1S4 与 S4S4 基因型的比值近似于 1︰1，所以初步推断‘拉宾斯’的自交亲和性是由 S4 基因座花粉侧
的基因突变导致的。


图 2 ‘拉宾斯’自交及‘雷尼’ב拉宾斯’后代基因型检测
Fig. 2 Lapins self-cross and hybrid offspring genotype


表 5 ‘拉宾斯’自交及杂交后代 S 基因型
Table 5 S genotypes detect of the offspring in self-polination and cross-polination with Lapins
授粉类型
Type of pollination
总数
Total
S1S1 S1S4 S4S4
期望分离值
Expected segregation ratio
χ2
拉宾斯自交　
Lapins self-pollination　
47 0 27 20 0︰1︰1 0.3456（P > 0.01）
雷尼 × 拉宾斯
Rainier × Lapins
38 0 23 15 0︰1︰1 0.5217（P > 0.01）

2.4 ‘拉宾斯’突变基因 SFB4′ 与 S4-RNase 的遗传连锁分析
‘拉宾斯’的 SFB4′ 基因与‘雷尼’的 SFB4 相比存在 4 个碱基的缺失突变（Ushijima et al.，
2004），进一步通过遗传连锁试验分析 SFB4′ 是否与 S4 基因座连锁。以‘晚红珠’ב拉宾斯’的 300
株杂交后代中检测 SFB4′ 基因与 S4-RNase 遗传连锁率，结果表明 S4-RNase 与 SFB4′ 紧密连锁，连锁
率为 100%；同样，S1-RNase 与 SFB1 也紧密连锁，连锁率也为 100%，说明花粉 SFB4′ 与甜樱桃 S
位点存在紧密连锁关系（图 3）。
表 4 ‘拉宾斯’后代基因型预测
Table 4 Genotypes forecast of Lapins offspring
突变基因型
Mutation genotype
后代基因型
Offsprings genotype
S1mS4 S1mS4︰S1mS1m（1︰1）
S1S4m S1S4m︰S4mS4m（1︰1）
S1mS4m S1mS1︰S1mS4 S1S4m︰S4S4m（1︰2︰1）
李 洋，李长龙，王 晶，闫国华，张晓明，李 威，张开春，李天忠.
甜樱桃‘拉宾斯’自交亲和性与 SFB4′ 基因的关系研究.
园艺学报，2015，42 (7)：1251–1259. 1257


图 3 S-RNase 与 SFB 基因遗传连锁分析
Fig. 3 Genetic linkage analysis of S-RNase and SFB
2.5 带有突变基因 SFB4′ 的甜樱桃自交结实性分析
为进一步确定 SFB4′ 基因与自交亲和性的相关关系，选取‘拉宾斯’为父本的带有 SFB4′ 基因
的（Zhu et al.，2004）杂交后代 6 株，自花授粉，统计坐果率发现，其自花坐果率为 23.3% ~ 61.4%，
而自然异花授粉的坐果率为 18.0% ~ 73.6%，自花授粉与自然异花授粉坐果率相差较小，因此，可以
认定带有突变基因 SFB4′ 的植株均表现为自交亲和（表 6）。

表 6 带有突变基因 SFB4′ 的植株授粉坐果率
Table 6 Self-pollination rate in plants with SFB4′
自花坐果 Self-fruit rate 自然坐果 Nature fruit rate 编号
Code 父母本 Parent
S 基因型
S genotype 花数
Flower
果数
Fruit
坐果率/%
Fruit rate
花数
Flower
果数
Fruit
坐果率/%
Fruit rate
39-33 先锋 × 拉宾斯 Van × Lapins S1S4′ 73 36 49.3 144 106 73.6
37-42 先锋 × 拉宾斯 Van × Lapins S3S4′ 210 49 23.3 106 29 27.4
37-22 晚红珠 × 拉宾斯 Wanhz × Lapins S4′S6 44 27 61.4 76 30 39.4
21-21 拉宾斯自交 Lapins self-pollination　 S4′S4′ 73 32 43.8 71 43 60.6
21-26 拉宾斯自交 Lapins self-pollination　 S4′S4′ 96 28 29.1 61 11 18.0
40-27 Linda × 拉宾斯 Linda × Lapins S3S4′ 188 73 38.8 176 127 72.2
2.6 SFB4 和 SFB4′ 转录与翻译差异性分析
在‘雷尼’与‘拉宾斯’花粉 cDNA 中扩增 SFB4 和 SFB4′ 基因，测序后与 NCBI GenBank SFB4
基因（登录号 AB111521.1）及 SFB4′ 基因（登录号 AY649873.1）比对，结果（图 4，图 5）显示两
者均能正常转录，但与 SFB4 基因相比 SFB4′ 基因的 911 bp 处存在 4 个碱基（TTTA）的缺失，导致
SFB4′ 蛋白翻译提前终止，推断 SFB4′ 与 SFB4 相比氨基酸减少 58 个，分子量减少 6 kD。
原核表达 SFB4-GST 及 SFB4′-GST 融合蛋白后用 SDS-PAGE 电泳检测蛋白，发现 SFB4 比 SFB4′
蛋白略大（图 6），这应是由 SFB4′ 蛋白翻译的提前终止导致的，说明 SFB4′ 基因 4 个碱基的缺失蛋
白质翻译提前终止。

图 4 SFB4 和 SFB4′ 示意图
Fig. 4 Schematic picture of SFB4 and SFB4′
Li Yang，Li Chang-long，Wang Jing，Yan Guo-hua，Zhang Xiao-ming，Li Wei，Zhang Kai-chun，Li Tian-zhong.
Research of relationship between sweet cherry Lapins self-compatibility and SFB4′ gene.
1258 Acta Horticulturae Sinica，2015，42 (7)：1251–1259.
图 5 SFB4 和 SFB4′ 转录分析 图 6 SFB4 和 SFB4′ 翻译分析
Fig. 5 Transcription analysis of SFB4 and SFB4′ Fig. 6 Translation analysis of SFB4 and SFB4′
3 讨论
调查发现‘拉宾斯’与相同 S 基因型的‘雷尼’花粉萌发率没有显著差异，且用‘拉宾斯’花
粉给其它品种授粉均结实，初步判断‘拉宾斯’花粉育性没有问题，因此‘拉宾斯’自交亲和改变
可能是基因突变导致的。将‘拉宾斯’与‘雷尼’相互授粉，仅有‘拉宾斯’作为父本给‘雷尼’
授粉时表现亲和，初步表明‘拉宾斯’的自交亲和性是由花粉侧的突变导致的。通过分析‘拉宾斯’
自交后代和‘拉宾斯’给‘雷尼’授粉的杂交后代的 S 基因型，发现后代中均可检测到 S4 基因型，
S1S4 与 S4S4 基因型的后代近似于 1︰1。综上所述，‘拉宾斯’的自交亲和性应该是由于位于 S4 基因
座上的 SFB4 基因突变导致的。在李属植物中花粉特异表达的 SFB 基因被认为可能是花粉侧控制自
交不亲和的基因，‘拉宾斯’中 SFB4′ 基因与正常 SFB4 相比存在 4 个碱基的缺失，通过遗传试验探
究 SFB4′ 与‘拉宾斯’自交亲和性的关系，发现 SFB4′ 紧密连锁于 S4-RNase 所在 S4 基因座，且在调
查了‘拉宾斯’后代中带有 SFB4′ 基因的甜樱桃的自花结实率后发现均表现自交亲和，所以初步推
断 SFB4′ 与‘拉宾斯’的自交亲和性有关。
SFB4′ 基因在‘拉宾斯’花粉中可以正常转录，但其 4 个碱基的缺失会导致蛋白提前终止。通
过原核表达体系诱导表达了 SFB4 及 SFB4′两个蛋白，证明 SFB4′ 的碱基缺失导致其蛋白翻译提前终
止，造成氨基酸的缺失。氨基酸的缺失一般会导致蛋白质丧失活性或发生亚功能化（刘庆昌，2012）。
与矮牵牛、苹果不同，甜樱桃中 SFB 基因是单拷贝的，表现出与 S-RNase 一对一的关系（Meng et al.，
2011），早期人们猜测甜樱桃中的 SFB 基因可以泛素化除自我 S-RNase 之外的所有 S-RNase 而进入
泛素化降解程序，而 SFB4′ 基因由于蛋白缺失使其发生亚功能化从而可以识别所有的 S-RNase 并降
解，使得带有该突变基因的花粉可以在包括自我花柱在内的任何花柱上生长，从而实现自交亲和。
然而由于在甜樱桃、酸樱桃、桃、杏等李属植物中发现了大量自交亲和品种，这些品种的 SFB 基因
有的出现了碱基的插入或缺失导致蛋白翻译出现不同程度的提前终止，如日本杏中‘Orihime’、
‘Benisashi’带有的 Sf 单倍型，杏中 Sc 单倍型，酸樱桃中‘Újfehértói Fürtös’的 S1、‘R. schattenmorelle’
的 S13 单倍型以及所有栽培种桃中的 S1、S2、S2m 单倍型（Tao & Amy，2010），有的 SFB 基因直接
在基因组上被删除，如甜樱桃中‘JI 2434’的 S3 单倍型（Sonneveld et al.，2005）。这些发现使人
们提出了新的猜测，认为被摄入花粉管的 S-RNase 会被未知因子抑制细胞毒性，而正常的 SFB 可以
保护自我 S-RNase 的细胞毒性，SFB4′ 的缺失突变导致其丧失了保护自我 S-RNase 的功能，使进入
花粉管的各类 S-RNase 均不能发挥细胞毒性抑制花粉管生长，所以带有 SFB4′ 基因的花粉管可以正
常生长并表现出自交亲和（Matsumoto et al.，2012）。
目前，对于甜樱桃自交不亲和机制的研究较为滞后，尤其是根据现有的研究结果很难解释甜樱
桃所在的李属植物中 S-RNase 如何在花粉管被抑制活性，这也将是今后重要的研究方向。
李 洋，李长龙，王 晶，闫国华，张晓明，李 威，张开春，李天忠.
甜樱桃‘拉宾斯’自交亲和性与 SFB4′ 基因的关系研究.
园艺学报，2015，42 (7)：1251–1259. 1259

References
Daiki Matsumoto，Hisayo Yamane，Kazuyuki Abe，Ryutaro Tao. 2012. Identification of a Skp1-like protein interacting with SFB，the pollen S
determinant of the gametophytic self-incompatibility in Prunus. Plant Physiology，159：1252–1262.
Ikeda K，Igic B，Ushijima K，Yammane H，Hauck NR，Nakano Ryohei，Sassa H，Tao R. 2004. Primary structural features of the S haplotype-specific
F-box protein，SFB，in Prunus. Sex Plant Reprod，16：235–243.
Kubo K，Entani T，Takara A，Wang N，Fields A M，Hua Z H，Toyoda M，Kawashima S I，Ando T，Isogai A，Kao The-Hui，Takayama S. 2010.
Collaborative non-self recognition system in S-RNase-based self-incompatibility. Science，330：796–799.
Li Xiao-fang，Li Mao-fu，Han Zhen-hai，Xu Xue-feng，Li Tian-zhong. 2008. Self-compatible pear cultivar‘Yanzhuang’resulting from S-RNase
mutation of‘Ya Li’（Pyrus bretschneideri Rehd.）. Acta Horticulturae Sinica，35 (1)：13–18. (in Chinese)
李晓芳，李茂福，韩振海，徐雪峰，李天忠. 2008.‘鸭梨’芽变‘闫庄梨’自交亲和性分子机制初步研究. 园艺学报，35 (1)：13–18.
Liu Qing-chang. 2012. Genetic. 2nd ed. Beijing：Science Press. (in Chinese)
刘庆昌. 2012. 遗传学. 第 2 版. 北京：科学出版社.
Matsumoto D，Yamane H，Abe Kazuyuki，Tao R. 2012. Identification of a Skp1-like protein interacting with SFB，the pollen S determinant of the
gametophytic self-incompatibility in Prunus. Plant Physiology，159：1252–1262.
Meng Xiao-ying，Sun Peng-lin，Kao The-hui. 2011. S-RNase-based self-incompatibility in Petunia inflate. Annals of Botany，108：637–646.
Sonneveld T，Tobutt K R，Vauqhan S P，Robbins T P. 2005. Loss of pollen-S function in two self-compatible selections of Prunus avium is associated
with deletion/mutation of an S haplotype-specific F-box gene. The Plant Cell，17 (1)：37–51.
Tao R，Amy F Iezzoni. 2010. The S-RNase-based gametophytic self-incompatibility system in Prunus exhibits distinct genetic and molecular features.
Scientia Horticulturae，124：423–433.
Tao R，Yamane H，Sugiura A. 1999. Molecular typing of S-alleles through identification，characterization and cDNA cloningfor S-RNase in sweet
cherry. J Amer Soc Hort Sci，124 (3)：224–233.
Ushijima K，Sassa H，Dandekar A M，Gradziel T M，Tao R，Hirano H. 2003. Structural and transcriptional analysis of the self-incompatibility locus
of almond：Identification of a pollen-expressed F-box gene with Haplotype-specific polymorphism. The Plant Cell，15：771–781.
Ushijima K，Yamane H，Watari A，Kakehi E，Ikeda K，Hauch 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. The Plant Journal，39：573–586.
Wang N，Kao T H. 2012. Self-incompatibility in petunia a self/nonself-recognition mechanism employing S-locus F-box proteins and S-RNase to
prevent inbreeding. Wiley Interdiscip Rev Dev Biol，(2)：267–275.
Xu Gao-ge，Wu Hua-qing，Wu Jun，Wang Chao，Qi Kai-jie，Zhang Shao-ling. 2012. Molecular mechanism and genetic characterization of
self-compatibility in peach. Acta Horticulturae Sinica，39 (6)：1035–1044. (in Chinese)
许高歌，吴华清，吴 俊，王 超，齐开杰，张绍铃. 2012. 桃自交亲和性的分子机制及遗传特性研究. 园艺学报，39 (6)：1035–1044.
Yuan H，Meng D，Gu Z，Li W，Wang A，Yang Q，Zhu Y，Li T. 2014. A novel gene，MdSSK1，as a component of the SCF complex rather than
MdSBP1 can mediate the ubiquitination of S-RNase in apple. Journal of Experimental Botany，65 (12)：3121–3131.
Zhang Xiao-ming. 2005. Identification of self-incompatibility genotype in sweet cherry（Prunus avium）by AS-PCR technology[Ph. D. Dissertation]
Beijing：China Agricultural University. (in Chinese)
张晓明. 2005. 甜樱桃自交不亲和基因型 AS-PCR 鉴定技术研究及应用[博士论文]. 北京：中国农业大学
Zhu Mo，Zhang Kai-chun，Jiang Li-jie，Zhang Xiao-ming. 2005. Distinguish SFB4′ gene from SFB4 gene of sweet cherry（Prunus avium）. Acta
Horticulturae Sinica，32 (1)：97–100. (in Chinese)
朱 墨，张开春，姜立杰，张晓明. 2005. 甜樱桃 SFB4 与 SFB4′基因的鉴别. 园艺学报，32 (1)：97–100.
Zhu Mo，Zhang Kai-chun，Jiang Li-jie，Zhang Xiao-ming. 2004. Development of a simple molecular marker specific for detecting the self-compatible
S4 haplotype in sweet cherry（Prunus avium L.）. Plant Molecular Biology Reporter，22：387–398.