近日，北京市農(nóng)林科學(xué)院玉米所和中科院遺傳所合作在國際主流學(xué)術(shù)期刊JIPB（IF=9.016/Q1）在線發(fā)表了題為“ORF355 Confers Enhanced Salinity Stress Adaptability to CMS-S Maize forbid Modulating the Mitochondrial metabolic Homeostasis”的研究論文。該論文探究了線粒體不育基因ORF355通過影響細(xì)胞代謝水平增強(qiáng)玉米耐鹽性的新機(jī)制。

 

　　玉米S型細(xì)胞質(zhì)雄性不育（CMS-S）是玉米三大不育系類型之一，可用于創(chuàng)制母本不育系以生產(chǎn)玉米雜交種子。CMS-S由線粒體編碼的不育基因ORF355在小孢子發(fā)育過程中特異地大量表達(dá)所導(dǎo)致，可視為一類特殊的線粒體變異。在模式動(dòng)物的研究中發(fā)現(xiàn)，受到輕度脅迫的線粒體重構(gòu)基礎(chǔ)代謝平衡，使得細(xì)胞能夠耐受后續(xù)更長時(shí)間、更大強(qiáng)度的逆境脅迫，這一現(xiàn)象被稱之為線粒體毒性興奮效應(yīng)（Mitohormesis）。不育基因ORF355在葉片、雌穗等非雄穗組織里也有低水平的表達(dá)，之前尚不清楚其是否影響CMS-S線粒體代謝平衡以及植物的抗逆性。本研究發(fā)現(xiàn)在鹽堿地種植條件下，CMS-S玉米比正常胞質(zhì)的近等基因系玉米具有更好的生長勢和更高的產(chǎn)量。這種耐受性的提升與花粉敗育所節(jié)省的能量無關(guān)。通過雌激素誘導(dǎo)表達(dá)系統(tǒng)控制ORF355表達(dá)量發(fā)現(xiàn)，低水平表達(dá)ORF355可誘導(dǎo)活性氧的積累，促進(jìn)煙酰胺腺嘌呤二核苷酸濃度的升高并改變細(xì)胞內(nèi)代謝平衡，激活細(xì)胞抗氧化防御系統(tǒng)，產(chǎn)生類似動(dòng)物細(xì)胞線粒體毒性興奮效應(yīng)。代謝組學(xué)分析顯示，即使在沒有鹽脅迫的情況下，CMS-S玉米與正常胞質(zhì)的近等基因系玉米之間也存在明顯差異。 煙酰胺代謝，氨基酸代謝，以及半乳糖代謝相關(guān)的產(chǎn)物發(fā)生了顯著變化。

 

　　趙久然團(tuán)隊(duì)近年來在玉米S型細(xì)胞質(zhì)雄性不育研究中取得了一系列進(jìn)展，探索了CMS-S敗育 （Xiao et al., 2020） 以及不育穩(wěn)定性（Xiao et al., 2022） 等方面的分子機(jī)制。這篇論文進(jìn)一步揭示了CMS-S不育系在逆境耐受性方面可能具有的重要意義。肖森林博士和宋偉研究員為該論文的第一作者，趙久然研究員和遺傳所陳化榜研究員為共同通訊作者。該研究得到了北京學(xué)者（BSP041）、北京市農(nóng)林科學(xué)院青年基金（QNJJ202128），以及科技興蒙項(xiàng)目（KJXM2020001）的資助。

 

　　原文鏈接：https://doi.org/10.1111/jipb.13382