细胞质雄性不育(Cytoplasmic male sterility, CMS)是利用杂种优势、研究核与细胞质间信号传导和相互作用的有效手段。本研究发现了线粒体嵌合基因atp6c导致CMS-C玉米雄性不育，并解析了ATP6C蛋白对F1F0-ATP合酶组装的作用，为研究植物雄性不育的分子机制提供了新见解。

研究发现，嵌合基因atp6c是CMS-C玉米雄性不育的致病基因。实验发现atp6c只在C型细胞质中表达，且呈组成性表达，atp6在C型细胞质中则表达水平非常低。作者使用蓝色天然聚丙烯酰胺凝胶电泳（BN-PAGE） 从C型和N型细胞质中分离线粒体膜相关复合物。发现C型细胞质F₁F₀-ATP合酶条带弱于N型细胞质F₁F₀-ATP合酶条带，表明C型细胞质F₁F₀-ATP合酶组装受损。C型细胞质F₁F₀-ATP合酶总丰度的降低伴随着游离F₁₀组分(F₁组分的一种变体) 的积累。对ATP8和ATP9进行了酵母双杂交（Y2H） 试验，显示N型细胞质中ATP6不与ATP9和ATP8相互作用，而ATP6C与ATP8和ATP9相互作用很强，荧光素酶互补成像法检测结果与Y2H实验检测结果一致。因此表明，ATP6C通过与ATP8和ATP9的强烈相互作用，破坏F₁F₀-ATP合酶组装的最后一步反应（图1）。

图1 ATP6C影响F1Fo-ATP合酶的组装

进一步发现C型线粒体的ATP含量明显低于N型线粒体,且C型线粒体中F1F0-ATP合酶活性显著降低，表明F1F0-ATP合酶组装减少会导致ATP产量降低；F1F0-ATP合酶组装减少导致活性氧（ROS）的产生，与N型线粒体相比，C型线粒体的膜电位显著降低，C型细胞质中超氧阴离子含量显著高于N型细胞质，由于C型细胞质中POD活性低，高浓度的H2O2不能迅速清除，导致绒毡层细胞严重受损，透射电镜观察发现不育系中单核细胞后期绒毡层细胞降解缺陷导致小孢子完全退化（图2）。

图2 ATP6C导致ROS的积累和绒毡层细胞提前PCD

综上，在F1F0-ATP合酶组装过程中，ATP6C蛋白与ATP8和ATP9的相互作用强于ATP6，从而降低组装的F1F0-ATP合酶的数量和活性。F1F0-ATP合酶活性的降低导致线粒体内膜空间过量质子的积累，引发活性氧(ROS)的爆发，绒毡层细胞的程序性细胞过早死亡和花粉败育。

原文链接：https://doi.org/10.1016/j.molp.2022.03.002