Nature Plants：杨仲南课题组揭示植物温敏育性恢复的机制

发布者：朱骏发布时间：2020-04-01浏览次数：307

杨仲南课题组揭示植物温敏育性恢复的机制



2020年3月30日，杨仲南教授团队于《Nature Plants》发表了题为“Slowing development restores the fertility of thermo-sensitive male-sterile plant lines”的研究论文，该研究揭示了植物温敏育性转换机制。



自上世纪80年代发现水稻温敏不育系以来，温敏不育系已经广泛应用于水稻杂交制种【1-2】。目前水稻中存在十多个温敏不育位点。近年来，华中农业大学，华南农业大学以及上海交通大学等研究团队经过多年的努力，克隆并报道了数个温敏雄性不育基因，包括长链非编码RNA，RNase Z家族成员，富亮氨酸受体激酶基因等【3-7】。这些工作极大地促进了对于温敏不育机制的理解。然而，温度作为共同的环境信号，是如何恢复不同遗传位点决定的温敏不育系，尚不清楚。


课题组长期从事植物雄性不育机理的研究。在偶然条件下，发现一个拟南芥不育系在低温下能够恢复育性，将其命名为reversible male sterile (rvms-1)。该基因编码一个在小孢子母细胞中特异表达的具有GDSL结构域的脂酶，推测在小孢子发育为成熟的花粉粒过程中提供质膜原料。



图1. rvms突变体能够在低温下恢复育性


低温延缓植物生长发育是普遍的现象。因此，作者推测低温下发育速度的减缓有助于rvms小孢子积累足够的原料，发育成为有功能的花粉粒。为了证明这一点，作者利用化学诱变筛选到了rvms突变体的恢复子res1，是细胞周期蛋白依赖激酶CDKA;1的一个弱突变体。该突变体的减数分裂过程显著延长，从而有效保护小孢子发育进程。此外，rvms-1与一个生长缓慢的突变体chlm-4杂交后，其双突变体也能部分恢复育性。这些结果都表明，低温导致的缓慢生长是rvms育性恢复的机制。



图2 恢复子res1延缓了减数分裂过程



该研究发现一些与花粉外壁形成相关的不育突变体，如花粉壁模式建成相关的cals5，rpg1；与孢粉素合成相关的acos5，cyp703a2；以及与孢粉素转运相关的abcg26等突变体，在低温下也能恢复育性，表明这些突变体也是温敏突变体。恢复子res1也能恢复上述突变体的育性，表明缓慢生长也是这些温敏突变体育性恢复的机制。低温下植物生长缓慢是自然界的普遍现象，高等植物的生殖发育过程高度保守。因此，该论文提出缓慢生长是植物温敏不育恢复的一个普遍机制。



图3 缓慢生长使温敏突变体克服了雄配子体的发育缺陷




论文通讯作者为上海师范大学杨仲南教授。朱骏教授，楼悦博士，石强胜博士以及张森教授为论文共同第一作者。上海师范大学黄学辉教授参与了该论文中高通量测序分析相关工作。该研究得到了国家重点研发计划、国家基金委、上海教委的项目资助。



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原文链接：https://www.nature.com/articles/s41477-020-0622-6#data-availability