Nature Plants：上海师范大学杨仲南课揭示植物温敏雄性核不育恢复机制

来源：BioArt植物

近日，上海师范大学杨仲南教授课题组在Nature Plants发表了题为Slowing development restores the fertility of thermo-sensitive male-sterile plant lines的研究论文。该研究通过对模式植物拟南芥可逆雄性不育品系rvms的研究，揭示了低温恢复温敏雄性核不育系的分子机制。

在农业生产中，通过杂交育种可以产生杂种优势，获得比亲本品种更强或表现更好的新品种，从而提高作物产量，提升作物品质。经过40多年的努力，我国科学家通过对光温敏雄性核不育性的利用，建立了两系法杂种优势有效利用的新途径，解决了三系法杂交的主要限制因素。其中温敏雄性核不育系（TGMS）的雄性不育亲本能够在低温条件下恢复育性，继而被广泛用于两系育种系统。目前拟南芥和水稻中已经报道了多个不同的温敏雄性不育基因突变体，它们均以温度为共同的调节信号，但温度如何恢复植株育性的机制尚不清楚。

在长期的植物雄性不育机理研究过程中，杨仲南教授团队在偶然条件下获得了一种名为可逆雄性不育（reversible male sterile, rvms）的拟南芥温敏核雄性不育株系，该株系在常温（24℃）时表现为完全不育，而在低温（17°C）下育性转换为完全可育。RVMS编码一种在陆地植物中高度保守的具有GDSL结构域的脂酶，为小孢子的生长提供了必要的物质。

图1 rvms突变体表现出温度依赖性的雄性不育

通过花药发育分析，作者表明了低温明显延缓小孢子发育和花粉形成。进一步诱变rvms获得恢复子res1，其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。在常温（24°C）下将rvms与缓慢生长的株系 (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。作者还鉴定了其他几种拟南芥温敏核雄性不育系，而上述筛选获得的恢复子res1同样能够在常温恢复上述突变体的育性。

图2 恢复子res1减数分裂过程中表现出延迟和非同步的细胞分裂

杨仲南教授团队认为低温减慢了小孢子的发育。即使基因突变，缓慢的发育也能通过积累足够的物质和减轻生长压力来保护花粉。考虑到植物雄性生殖发育是相对保守的，综合整个研究提出，在不同植物种类的温敏核雄性不育系中，缓慢发育是恢复温敏雄性核不育系育性的通用机制。

图3  温敏核雄性不育系恢复育性的缓慢发育示意图模型

生命科学学院朱骏副教授、楼悦老师、博士生石强胜及张森教授为本文共同第一作者，杨仲南教授为通讯作者。杨仲南教授课题组老师张丞、姚小贞，课题组原博士生杨俊、许特，原硕士生周文涛、刘佳莉，以及硕士研究生周磊、侯剑桥， 2018级生物科学卓越创新班本科生王佳琦，学院黄学辉教授和王水教授均参与了此论文的相关工作。上海师范大学为该文唯一通讯单位。

论文链接：

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