The Crop Journal | 汤继华团队通过单细胞测序揭示玉米恢复基因调控小孢子发育机制

▼

玉米是全球最大的粮饲兼用作物，同时也是重要的工业原料。玉米育种中通常采用人工或机械去雄方式来配制杂交组合，费时费工且存在因去雄不及时和不彻底而引起花粉混杂的风险。玉米花药发育过程中，正常的小孢子发生由核基因和线粒体基因共同决定。在玉米质核互作不育类型中，C型细胞质雄性不育（CMS-C）具有不育性稳定、恢复彻底等优点，在杂交制种中应用潜力巨大。然而，CMS-C的不育基因和核恢复基因如何影响减数分裂和小孢子发育，其机制尚不清楚。

近日，河南农业大学小麦玉米作物学国家重点实验室汤继华教授团队在The Crop Journal在线发表了题为“Single-cell RNA sequencing of meiocytes and microspores reveals the involvement of the Rf4 gene in redox homeostasis of CMS-C maize”的研究论文，通过对玉米自交系豫87-1背景的恢复系（含有恢复基因Rf4）与不育系花药发育过程中四分体时期与单核时期的小孢子进行单细胞水平上的转录组测序，揭示了Rf4基因参与CMS-C玉米细胞内氧化还原动态平衡的调控。

在前期研究中，作者利用自交系豫87-1培育了胞质背景相同育性相反的近等基因系——不育系（rf4rf4rf5rf5）和恢复系（Rf4Rf4rf5rf5）。该研究在花粉发育的四分体期和花粉粒单核早期，对上述不育系和恢复系的花药进行单细胞分离，然后分析其转录表达谱（图1）。通过细胞聚类，聚合同型细胞，剔除异常细胞；并根据表达特征将基因分为6类。差异表达分析显示，共有3379个差异表达基因(DEG)，其中277个可能与线粒体功能相关，226差异基因为转录因子，467个基因可能是RF4调控的靶基因。KEGG分析表明，四分体期两个材料间的DEG主要参与碳代谢、氨基酸合成和代谢，而四分体向单核早期过渡期的DEG主要与蛋白质代谢的调节、脂肪酸代谢和结构形态发生相关（图2）。综合分析发现，恢复基因同时影响绒毡层功能及小孢子发育，可能参与小孢子细胞内氧化还原动态平衡调控及正常的细胞重建（图3）。

图2  Rf4基因调控转录因子及其共表达网络

图3  恢复基因RF4的调控网络

The Crop Journal英文宣传片，敬请收看！

↓【点击下方“阅读原文”查看PDF】 

中国作物学会(The Crop Science Society of China)成立于1961年，是我国作物科技工作者和单位自愿结成、依法成立的学术性、全国性、非营利性社会组织，中国科学技术协会主管的全国学会，依托单位为中国农业科学院作物科学研究所。业务范围包括国际合作、学术交流、书刊编辑、专业展览、科学普及、技术推广、成果鉴定、科技奖励、标准制订、业务培训、咨询服务。经过60年的风雨沧桑，今天的中国作物学会拥有6个工作委员会、22个专业委员会和30个省、自治区、直辖市作物学会，是联系我国作物科技工作者的桥梁和纽带。主办期刊《作物学报》、THE CROP JOURNAL和《作物杂志》；作为第二主办单位，联合主办《麦类作物学报》。

扫码关注我们

关注“中国作物学会”或“作物之窗”微信公众号，点击“加入我们/会员注册”，即可注册个人会员。