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                Nature Plants刊发杨仲南教授团队揭示植物温敏不育恢复机制的原创性成果

                发布者:新闻中心作者:发布时间:2020-04-02浏览次数:419

                ▲第一作者:朱骏,楼悦,石强胜,张森;通讯作者:杨仲南教授

                通讯单位:上海师范大学

                论文DOI:https://doi.org/10.1038/s41477-020-0622-6

                3月30日,我校生命科学学院杨仲南教授团队于《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。目前水稻中存在十多个温敏不育位点。近年来,国内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。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。

                杨仲南教授团队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,其在小孢子发育为成熟的花粉粒过程中提供质膜原料。

                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,发育成为有功〇能的花粉粒。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,从而有效保护々小孢子发育进程。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。

                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,这些突变体的育性在低温下也能恢复,表明它们同样具有温敏效应。而上述筛选获得的恢复子res1能够在常温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,阐明植物温敏育性的转换机制将加深对植物↘生殖发育的理解,同时也对温敏核不育系在育种中的应用提供了理论依据。

                缓慢生长使温敏突变体克服了雄配子体的发育缺陷

                 

                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。

                  

                (供稿、图片:生命与科↑学学院)