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最新观点| OsMS1与其自然等位变异调控育性的分子机制研究

作者:房超伟、祝蕾

水稻是最重要的粮食作物之一,世界上约将近一半的人口以水稻为主食。杂交稻比常规稻相比,可以增产10-20%,为保障粮食安全做出了重要贡献。目前杂交稻的选育和生产主要采用三系法或两系法,其中两系法中的温敏核雄性不育系高温条件下表现雄性不育,低温条件下育性能得到恢复,因此温敏核雄性不育系也可以作为保持系,能够实现一系两用,从而大大降低制种成本。此外,高温是造成农作物减产的重要原因之一,水稻温敏核不育系也为研究作物对温度的敏感和反应的分子机制提供了绝佳的材料,对将来培育耐高温作物具有重要意义。

近期,中国科学院遗传与发育生物学研究所李云海课题组和海南大学罗越华课题组及北京大学安成才课题组合作在Nature Communication杂志上在线发表了题为“A natural allele of OsMS1 responds totemperature changes and confers thermosensitive genic male sterility”的研究论文,揭示了OsMS1的自然等位变异OsMS1wenmin1受温度影响并调控水稻雄性不育的分子机制。



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本研究表明OsMS1wenmin1是已知的OsMS1基因的等位基因,OsMS1为一个PHD类的转录因子。OsMS1基因的第902位碱基T突变为碱基C,导致第301氨基酸L突变为氨基酸P(L301P),此突变发生在OsMS1蛋白N端保守的LXXLL基序上,从而产生了在籼稻和粳稻背景下均温敏不育OsMS1wenmin1突变体。在分子机制方面主要有以下发现:OsMS1是一个组蛋白结合蛋白;与OsMS1相比 OsMS1wenmin1的亚细胞定位发生了改变,除了细胞核定位外,还定位在细胞质中,而OsMS1仅定位于细胞核中;高温会减弱OsMS1和OsMS1wenmin1在细胞核内的定位,但OsMS1wenmin1的减弱更严重(图1a, b);OsMS1和OsMS1wenmin1的蛋白丰度也会受到温度调节,在高温条件下,由于OsMS1wenmin1的蛋白丰度降低程度显著大于OsMS1,从而导致了雄性不育(图1i, j);OsMS1和OsMS1wenmin1与转录因子TDR结合,以温度依赖的方式调节下游基因的表达,从而调控水稻的雄性发育(图2)。

此项研究明确了调控水稻温敏核雄性不育的分子机制,同时在不同物种中OsMS1具有高度保守性,OsMS1wenmin1等位变异作用机制的解析,也将为在其它作物中创制新的温敏核不育系开辟一条新途径。

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1:温度调节OsMS1OsMS1wenmin1的蛋白丰度


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2OsMS1OsMS1wenmin1TDR的相互作用呈现温度依赖性

 



原文链接:

https://www.nature.com/articles/s41467-022-29648-z#MOESM1



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