▲第一作者：朱駿，樓悅，石強(qiáng)勝，張森；通訊作者：楊仲南教授

通訊單位：上海師范大學(xué)

論文DOI：https://doi.org/10.1038/s41477-020-0622-6

3月30日，我校生命科學(xué)學(xué)院楊仲南教授團(tuán)隊(duì)于《Nature Plants》發(fā)表了題為“Slowing development restores the fertility of thermo-sensitive male-sterile plant lines”的研究論文，該研究揭示了植物溫敏育性轉(zhuǎn)換機(jī)制。

自上世紀(jì)80年代發(fā)現(xiàn)水稻溫敏不育系以來(lái)，溫敏不育系已經(jīng)廣泛應(yīng)用于水稻雜交制種。目前水稻中存在十多個(gè)溫敏不育位點(diǎn)。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)研究團(tuán)隊(duì)經(jīng)過(guò)多年的努力，克隆并報(bào)道了數(shù)個(gè)溫敏雄性不育基因，包括長(zhǎng)鏈非編碼RNA，RNase Z家族成員，富亮氨酸受體激酶基因等。這些工作極大地促進(jìn)了對(duì)于溫敏不育機(jī)制的理解。然而，溫度作為共同的環(huán)境信號(hào)，是如何恢復(fù)不同遺傳位點(diǎn)決定的溫敏不育系，尚不清楚。

楊仲南教授團(tuán)隊(duì)長(zhǎng)期從事植物雄性不育機(jī)理的研究。在偶然條件下，發(fā)現(xiàn)一個(gè)擬南芥不育系在低溫下能夠恢復(fù)育性，將其命名為reversible male sterile (rvms-1)。該基因編碼一個(gè)在小孢子母細(xì)胞中特異表達(dá)的具有GDSL結(jié)構(gòu)域的脂酶，其在小孢子發(fā)育為成熟的花粉粒過(guò)程中提供質(zhì)膜原料。

rvms突變體能夠在低溫下恢復(fù)育性

低溫延緩植物生長(zhǎng)發(fā)育是普遍的現(xiàn)象。因此，作者推測(cè)低溫下發(fā)育速度的減緩有助于rvms小孢子積累足夠的原料，發(fā)育成為有功能的花粉粒。為了證明這一點(diǎn)，作者利用化學(xué)誘變篩選到了rvms突變體的恢復(fù)子res1，是細(xì)胞周期蛋白依賴(lài)激酶CDKA;1的一個(gè)弱突變體。該突變體的減數(shù)分裂過(guò)程顯著延長(zhǎng)，從而有效保護(hù)小孢子發(fā)育進(jìn)程。此外，rvms-1與一個(gè)生長(zhǎng)緩慢的突變體chlm-4雜交后，其雙突變體也能部分恢復(fù)育性。這些結(jié)果都表明，低溫導(dǎo)致的緩慢生長(zhǎng)是rvms育性恢復(fù)的機(jī)制。

恢復(fù)子res1延緩了減數(shù)分裂過(guò)程

該研究發(fā)現(xiàn)一些與花粉外壁形成相關(guān)的不育突變體，如花粉壁模式建成相關(guān)的cals5，rpg1；與孢粉素合成相關(guān)的acos5，cyp703a2；以及與孢粉素轉(zhuǎn)運(yùn)相關(guān)的abcg26等突變體，這些突變體的育性在低溫下也能恢復(fù)，表明它們同樣具有溫敏效應(yīng)。而上述篩選獲得的恢復(fù)子res1能夠在常溫恢復(fù)上述突變體的育性，表明緩慢生長(zhǎng)也是這些溫敏突變體育性恢復(fù)的機(jī)制。低溫下植物生長(zhǎng)緩慢是自然界的普遍現(xiàn)象，高等植物的生殖發(fā)育過(guò)程高度保守。因此，該論文提出緩慢生長(zhǎng)是植物溫敏不育恢復(fù)的一個(gè)普遍機(jī)制，闡明植物溫敏育性的轉(zhuǎn)換機(jī)制將加深對(duì)植物生殖發(fā)育的理解，同時(shí)也對(duì)溫敏核不育系在育種中的應(yīng)用提供了理論依據(jù)。

緩慢生長(zhǎng)使溫敏突變體克服了雄配子體的發(fā)育缺陷

該研究得到了國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國(guó)家基金委、上海教委的項(xiàng)目資助。

（供稿、圖片：生命與科學(xué)學(xué)院）