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    Nature Plants刊發楊仲南教授團隊揭示植物溫敏不育恢復機制的原創性成果

    發布者:新聞中心作者:發布時間:2020-04-02瀏覽次數:419

    ▲第一作者:朱駿,樓悅,石強勝,張森;通訊作者:楊仲南教授

    通訊單位:上海師范大學

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

    3月30日,我校生命科學學院楊仲南教授團隊于《Nature Plants》發表了題為“Slowing development restores the fertility of thermo-sensitive male-sterile plant lines”的研究論文,該研究揭示了植物溫敏育性轉換機制。

    自上世紀80年代發現水稻溫敏不育系以來,溫敏不育系已經廣泛應用于水稻雜交制種。目前水稻中存在十多個溫敏不育位點。近年來,國內研究團隊經過多年的努力,克隆并報道了數個溫敏雄性不育基因,包括長鏈非編碼RNA,RNase Z家族成員,富亮氨酸受體激酶基因等。這些工作極大地促進了對于溫敏不育機制的理解。然而,溫度作為共同的環境信號,是如何恢復不同遺傳位點決定的溫敏不育系,尚不清楚。

    楊仲南教授團隊長期從事植物雄性不育機理的研究。在偶然條件下,發現一個擬南芥不育系在低溫下能夠恢復育性,將其命名為reversible male sterile (rvms-1)。該基因編碼一個在小孢子母細胞中特異表達的具有GDSL結構域的脂酶,其在小孢子發育為成熟的花粉粒過程中提供質膜原料。

    rvms突變體能夠在低溫下恢復育性


    低溫延緩植物生長發育是普遍的現象。因此,作者推測低溫下發育速度的減緩有助于rvms小孢子積累足夠的原料,發育成為有功能的花粉粒。為了證明這一點,作者利用化學誘變篩選到了rvms突變體的恢復子res1,是細胞周期蛋白依賴激酶CDKA;1的一個弱突變體。該突變體的減數分裂過程顯著延長,從而有效保護小孢子發育進程。此外,rvms-1與一個生長緩慢的突變體chlm-4雜交后,其雙突變體也能部分恢復育性。這些結果都表明,低溫導致的緩慢生長是rvms育性恢復的機制。

    恢復子res1延緩了減數分裂過程

    該研究發現一些與花粉外壁形成相關的不育突變體,如花粉壁模式建成相關的cals5,rpg1;與孢粉素合成相關的acos5,cyp703a2;以及與孢粉素轉運相關的abcg26等突變體,這些突變體的育性在低溫下也能恢復,表明它們同樣具有溫敏效應。而上述篩選獲得的恢復子res1能夠在常溫恢復上述突變體的育性,表明緩慢生長也是這些溫敏突變體育性恢復的機制。低溫下植物生長緩慢是自然界的普遍現象,高等植物的生殖發育過程高度保守。因此,該論文提出緩慢生長是植物溫敏不育恢復的一個普遍機制,闡明植物溫敏育性的轉換機制將加深對植物生殖發育的理解,同時也對溫敏核不育系在育種中的應用提供了理論依據。

    緩慢生長使溫敏突變體克服了雄配子體的發育缺陷

     

    該研究得到了國家重點研發計劃、國家基金委、上海教委的項目資助。

      

    (供稿、圖片:生命與科學學院)  

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