近日，國際知名雜志Plant Cell & Environment在線發(fā)表了浙江大學(xué)農(nóng)業(yè)與生物技術(shù)學(xué)院楊景華教授題為“MutS HOMOLOG1 mediates fertility reversion via ORF220 substoichiometric shifting from cytoplasmic male sterility”的研究論文。該研究闡明了細胞核基因MSH1通過調(diào)控細胞質(zhì)雄性不育基因ORF220亞化學(xué)計量變化（拷貝數(shù)變化）介導(dǎo)育性回復(fù)突變的機制，找到了細胞質(zhì)雄性不育系育性轉(zhuǎn)換的“開關(guān)”。該研究突破了對細胞質(zhì)雄性不育系雜交種的種質(zhì)創(chuàng)新的瓶頸，具有重要的科學(xué)和應(yīng)用價值，同時有望拓展到其他國內(nèi)缺乏種質(zhì)資源的重要十字花科蔬菜作物的種質(zhì)創(chuàng)新。
細胞質(zhì)雄性不育是十字花科蔬菜作物雜種優(yōu)勢利用的重要途徑，如芥菜、青花菜、蘿卜和白菜等，目前許多國外進口的十字花科蔬菜作物優(yōu)秀商業(yè)品種大多為細胞質(zhì)雄性不育雜交一代品種。課題組前期研究發(fā)現(xiàn)細胞核基因MSH1通過介導(dǎo)線粒體基因ORF220亞化學(xué)計量變化（拷貝數(shù)變化）控制細胞質(zhì)雄性不育的發(fā)生（Journal of Experimental Botany，2016）。然而，細胞質(zhì)雄性不育雜交種限制了基于自交分離的種質(zhì)創(chuàng)新，尤其是國內(nèi)種質(zhì)資源缺乏的作物，如青花菜等，嚴重影響了其種質(zhì)創(chuàng)新和新品種選育進程，屬于蔬菜種業(yè)領(lǐng)域典型的“卡脖子”技術(shù)。
該研究發(fā)現(xiàn)芥菜細胞質(zhì)雄性不育系在沒有花粉授粉情況下MSH1基因下調(diào)表達導(dǎo)致不育系花蕾中ORF220的拷貝數(shù)變化，繼而發(fā)生育性回復(fù)突變（Spontaneous fertility reversion），產(chǎn)生育性回復(fù)突變體（Revertant），其育性完全正常，但不能恢復(fù)不育系的育性（不同于傳統(tǒng)的恢復(fù)系），自然情況下育性回復(fù)突變頻率極低。當(dāng)沉默表達MSH1基因后，不育系花蕾中ORF220的拷貝數(shù)變化更加明顯，其育性回復(fù)突變頻率顯著提升。通過比較不育系中早期和中后期花蕾的全基因組水平上的基因表達，發(fā)現(xiàn)授粉信號導(dǎo)致的碳水化合物代謝與轉(zhuǎn)運、激素代謝和花發(fā)育相關(guān)基因表達差異是育性回復(fù)突變發(fā)生的重要原因。
趙娜博士為該論文的第一作者，楊景華教授為該論文通訊作者，團隊負責(zé)人張明方教授指導(dǎo)了本研究，美國賓州州立大學(xué)Sally Mackenzie教授和Xiaodong Yang博士參與了本研究。上述研究得到了國家自然科學(xué)基金和浙江大學(xué)植物精準(zhǔn)育種研究院等項目資助。
論文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/pce.13895
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