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    研究揭示核糖體質(zhì)量控制調(diào)控溫敏雄性不育水稻育性轉(zhuǎn)換新機制

    放大字體  縮小字體 時間:2025-02-11 15:35 來源:中國科學院 原文:
    核心提示:兩系雜交稻是水稻雜種優(yōu)勢利用的重要途徑,推動著雜交水稻的發(fā)展。超過95%的溫敏兩系雜交稻組合由含有溫敏雄性不育基因tms5的不育系配組而成,凸顯了tms5在兩系法雜交稻育種方面的重要地位。
      兩系雜交稻水稻雜種優(yōu)勢利用的重要途徑,推動著雜交水稻的發(fā)展。超過95%的溫敏兩系雜交稻組合由含有溫敏雄性不育基因tms5的不育系配組而成,凸顯了tms5在兩系法雜交稻育種方面的重要地位。
     
      全球極端天氣呈常態(tài)化趨勢,不育系雜交制種時遭遇低溫天氣易導致制種失敗,造成經(jīng)濟損失,限制兩系雜交水稻發(fā)展。溫敏雄性不育系的轉(zhuǎn)育起點溫度是雄性育性從可育轉(zhuǎn)變?yōu)椴挥呐R界溫度,也是保障兩系雜交水稻制種安全的關(guān)鍵。
     
      前期,中國科學院遺傳與發(fā)育生物學研究所曹曉風團隊和華南農(nóng)業(yè)大學莊楚雄團隊等克隆了TMS5基因。該基因編碼保守的核糖核酸酶RNase ZS1。隨后,遺傳發(fā)育所曹曉風團隊與陳宇航團隊等揭示了TMS5作為tRNA環(huán)磷酸酶修復(fù)2′,3′-環(huán)磷-tRNA調(diào)節(jié)tRNA的循環(huán)進而調(diào)控水稻溫敏雄性不育的分子機制。但是,tms5依賴的溫敏不育系轉(zhuǎn)育起點溫度調(diào)控的分子網(wǎng)絡(luò)有待進一步完善。近期,曹曉風團隊等發(fā)現(xiàn),核糖體相關(guān)蛋白質(zhì)量控制(RQC)成員OsRqc2通過選擇性結(jié)合tRNA,改變進入RQC的tRNA水平,進而調(diào)控育性轉(zhuǎn)育起點溫度。
     
      該研究通過EMS誘變篩選獲得中高溫下可恢復(fù)株1S育性的抑制子sot4,將轉(zhuǎn)育起點溫度從23℃提升至>25℃。研究通過遺傳分析及同源比對發(fā)現(xiàn),SOT4編碼的蛋白和酵母中Rqc2p為同源蛋白,并命名為OsRqc2。抑制子sot4(tms5 osrqc2-1)點突變發(fā)生在其CC2結(jié)構(gòu)域上,使其第552位Thr突變?yōu)镮le。這個位點在不同物種中保守且存有分化,在動植物中為Thr,在真菌中為Ile,在細菌和古菌中為Ile或Leu。遺傳實驗與體內(nèi)生化實驗證明,OsRqc2參與調(diào)控tms5突變體轉(zhuǎn)育起點溫度,且T552I突變致使其添加CATylation的速率變慢。
     
      進一步,該研究通過RIP-tRNA-seq發(fā)現(xiàn),OsRqc2 T552I結(jié)合tRNA-Ala/Thr能力變強而結(jié)合tRNA-Ser/Ile能力變?nèi)?。同時,研究通過質(zhì)譜鑒定水稻中C-terminal tails產(chǎn)物的氨基酸組成再次驗證了上述發(fā)現(xiàn)。進而,研究利用高通量測定環(huán)磷RNA和全長tRNA技術(shù)發(fā)現(xiàn),抑制子tms5 osrqc2-1能夠部分恢復(fù)體內(nèi)tRNA-Ser/Ile的環(huán)磷和成熟tRNA水平。同時,在株1S中過表達tRNA-Ser或tRNA-Ile可以部分恢復(fù)其育性,將轉(zhuǎn)育起點溫度從23℃提升至>25℃,說明抑制子tms5 osrqc2-1通過部分恢復(fù)體內(nèi)成熟tRNA-Ser/Ile水平,來提高tms5突變體育性轉(zhuǎn)育起點溫度。
     
      上述研究為解析不同物種中CATylation的分化差異提供了實驗證據(jù),并提出了通過改造OsRqc2的CATylation能力以實現(xiàn)降低育性轉(zhuǎn)育起點溫度的新視角。
     
      2月6日,相關(guān)研究成果以tRNA selectivity during ribosome-associated quality control regulates critical sterility-inducing temperature in two-line hybrid rice為題,在線發(fā)表在《美國國家科學院院刊》(PNAS)上。研究工作得到國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學基金和中國科學院戰(zhàn)略性先導科技專項的支持。
    日期:2025-02-11
     
     
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