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遗传发育所等揭示水稻温敏雄性不育调控的分子机制

放大字体  缩小字体 时间:2022-04-28 10:54 来源:中国科学院 原文:
核心提示:近日,中国科学院遗传与发育生物学研究所李云海团队与海南大学、北京大学研究人员合作发现了水稻温敏不育调控的重要分子机制。该研究发现籼稻TGMS系Tian1S在高温下表现出雄性不育,但在低温下表现出正常的育性,与日长无关。
  杂交水稻的三系系统(细胞质雄性不育系、恢复系和保持系)和两系系统【温敏核雄性不育系(TGMS)、光敏核雄性不育系和恢复系】被广泛用于杂交水稻育种。TGMS水稻表现为高温不育、低温可育的表型,在两系育种中也可以作为保持系,从而大大降低了种子生产成本。考虑到大部分品种可以恢复TGMS系的育性,在杂交水稻育种中,两系育种比三系育种可利用更广泛的遗传资源。因此,光温敏雄性不育系对我国两系杂交稻育种意义重大而深远。与此同时,高温是造成农作物减产的重要原因之一,研究植物如何感知并响应温度的分子机制,不但可以丰富人们对植物适应环境的认识,而且对将来培育耐高温作物具有重要意义。
 
  近日,中国科学院遗传与发育生物学研究所李云海团队与海南大学、北京大学研究人员合作发现了水稻温敏不育调控的重要分子机制。该研究发现籼稻TGMS系Tian1S在高温下表现出雄性不育,但在低温下表现出正常的育性,与日长无关。通过遗传分析表明,温敏雄性不育表型由细胞核单个隐性基因OsMS1wenmin1控制。进一步研究发现,高温下OsMS1wenmin1赋予籼粳和粳稻品种温敏不育表型。有意思的是野生型的OsMS1定位于细胞核中,而OsMS1wenmin1定位于细胞质和细胞核中,表明OsMS1保守的L301P的突变影响其亚细胞定位。该研究进一步发现温度调控OsMS1和OsMS1wenmin1的丰度,并且OsMS1wenmin1比OsMS1对温度变化更敏感。在低温条件下,野生型OsMS1和OsMS1wenmin1等位基因分别编码适当水平的OsMS1和OsMS1wenmin1蛋白以保持正常的花粉发育,尽管含有OsMS1wenmin1等位基因的水稻材料中OsMS1wenmin1的水平在细胞核中低于野生型OsMS1。OsMS1和OsMS1wenmin1与转录因子TDR相互作用以激活下游基因的表达,从而产生可育花粉。在高温条件下,OsMS1蛋白的丰度下降,但细胞核中仍有足够的OsMS1蛋白与TDR相互作用以激活下游基因的表达,从而产生可育花粉。相反,高温大大降低了OsMS1wenmin1蛋白水平,因此细胞核中没有足够的OsMS1wenmin1蛋白与TDR相互作用,导致下游基因表达急剧下降并形成不育花粉。
 
  该研究揭示了温度调控OsMS1蛋白丰度的一种新机制,有意思的是L301P的突变,导致OsMS1wenmin1对温度响应更为敏感,进而导致高温不育的表型。值得注意的是,不同物种中OsMS1高度保守。因此,该研究发现对于进一步阐明温度调控水稻育性转换的分子机制,指导两系杂交稻育种,乃至在其他作物中创制新的温敏不育系具有深远意义。
 
  相关研究成果以A natural allele of OsMS1 responds to temperature changes and confers thermosensitive genic male sterility为题于近日在线发表在Nature Communications上。研究工作得到了中科院战略性先导科技专项等项目的资助。
日期:2022-04-28
 
 地区: 北京 海南 中国
 行业: 粮油
 标签: 中国 生物 海南 北京 水稻
 科普: 中国 生物 海南 北京 水稻
 
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