遺傳發育所等揭示水稻溫敏雄性不育調控的分子機制
雜交水稻的三系系統（細胞質雄性不育系、恢復系和保持系）和兩系系統【溫敏核雄性不育系（TGMS）、光敏核雄性不育系和恢復系】被廣泛用于雜交水稻育種。TGMS水稻表現為高溫不育、低溫可育的表型，在兩系育種中也可以作為保持系，從而大大降低了種子生產成本。考慮到大部分品種可以恢復TGMS系的育性，在雜交水稻育種中，兩系育種比三系育種可利用更廣泛的遺傳資源。因此，光溫敏雄性不育系對我國兩系雜交稻育種意義重大而深遠。與此同時，高溫是造成農作物減產的重要原因之一，研究植物如何感知并響應溫度的分子機制，不但可以豐富人們對植物適應環境的認識，而且對將來培育耐高溫作物具有重要意義。
近日，中國科學院遺傳與發育生物學研究所李云海團隊與海南大學、北京大學研究人員合作發現了水稻溫敏不育調控的重要分子機制。該研究發現秈稻TGMS系Tian1S在高溫下表現出雄性不育，但在低溫下表現出正常的育性，與日長無關。通過遺傳分析表明，溫敏雄性不育表型由細胞核單個隱性基因OsMS1wenmin1控制。進一步研究發現，高溫下OsMS1wenmin1賦予秈粳和粳稻品種溫敏不育表型。有意思的是野生型的OsMS1定位于細胞核中，而OsMS1wenmin1定位于細胞質和細胞核中，表明OsMS1保守的L301P的突變影響其亞細胞定位。該研究進一步發現溫度調控OsMS1和OsMS1wenmin1的豐度，并且OsMS1wenmin1比OsMS1對溫度變化更敏感。在低溫條件下，野生型OsMS1和OsMS1wenmin1等位基因分別編碼適當水平的OsMS1和OsMS1wenmin1蛋白以保持正常的花粉發育，盡管含有OsMS1wenmin1等位基因的水稻材料中OsMS1wenmin1的水平在細胞核中低于野生型OsMS1。OsMS1和OsMS1wenmin1與轉錄因子TDR相互作用以激活下游基因的表達，從而產生可育花粉。在高溫條件下，OsMS1蛋白的豐度下降，但細胞核中仍有足夠的OsMS1蛋白與TDR相互作用以激活下游基因的表達，從而產生可育花粉。相反，高溫大大降低了OsMS1wenmin1蛋白水平，因此細胞核中沒有足夠的OsMS1wenmin1蛋白與TDR相互作用，導致下游基因表達急劇下降并形成不育花粉。
該研究揭示了溫度調控OsMS1蛋白豐度的一種新機制，有意思的是L301P的突變，導致OsMS1wenmin1對溫度響應更為敏感，進而導致高溫不育的表型。值得注意的是，不同物種中OsMS1高度保守。因此，該研究發現對于進一步闡明溫度調控水稻育性轉換的分子機制，指導兩系雜交稻育種，乃至在其他作物中創制新的溫敏不育系具有深遠意義。
相關研究成果以A natural allele of OsMS1 responds to temperature changes and confers thermosensitive genic male sterility為題于近日在線發表在Nature Communications上。研究工作得到了中科院戰略性先導科技專項等項目的資助。
