近日，中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院棉花研究所棉花高產(chǎn)育種團(tuán)隊(duì)圍繞棉花細(xì)胞質(zhì)雄性不育開展研究，首次鑒定出哈克尼西棉細(xì)胞質(zhì)雄性不育系（CMS-D2）攜帶的線粒體不育相關(guān)基因orf610a，并初步解析了不育系花粉敗育的分子機(jī)制。相關(guān)成果發(fā)表在《作物學(xué)報(bào)（英文版）（The Crop Journal）》上。
細(xì)胞質(zhì)雄性不育（CMS）是一種主要由線粒體基因控制、并可被核恢復(fù)基因恢復(fù)的母系遺傳性狀，具體表現(xiàn)為植物不能產(chǎn)生正常可育雄配子，是作物雜種優(yōu)勢(shì)利用的重要途徑之一，也是研究花藥發(fā)育和核質(zhì)互作的理想系統(tǒng)。細(xì)胞質(zhì)雄性不育系在不同環(huán)境條件下均表現(xiàn)出穩(wěn)定的無(wú)花粉完全敗育特征，在棉花“三系”雜種優(yōu)勢(shì)利用中具有廣闊的應(yīng)用前景。然而，關(guān)于棉花細(xì)胞質(zhì)雄性不育基因功能分析和花粉敗育機(jī)制研究未見相關(guān)報(bào)道。
該研究通過(guò)對(duì)不育系及其保持系的線粒體全基因組序列進(jìn)行比對(duì)分析，鑒定到一個(gè)在不育系中特有的嵌合基因orf610a。通過(guò)轉(zhuǎn)化擬南芥過(guò)表達(dá)orf610a基因，發(fā)現(xiàn)陽(yáng)性株系花絲變短、花粉量變少，并且角果變短、結(jié)實(shí)率明顯降低。研究人員進(jìn)一步通過(guò)分子生物學(xué)、生理生化和遺傳學(xué)等多種分析手段，證實(shí)該基因編碼蛋白ORF610a與細(xì)胞核編碼蛋白在跨膜結(jié)構(gòu)區(qū)域存在互作，過(guò)早啟動(dòng)細(xì)胞程序性死亡過(guò)程，從而導(dǎo)致花粉敗育。該研究為進(jìn)一步揭示棉花細(xì)胞質(zhì)雄性不育及其育性恢復(fù)分子機(jī)理奠定基礎(chǔ)，對(duì)選育棉花優(yōu)良恢復(fù)系和強(qiáng)優(yōu)勢(shì)胞質(zhì)不育“三系”雜交種具有指導(dǎo)意義。
該研究得到國(guó)家自然科學(xué)基金等項(xiàng)目資助。
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https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2214514122000617
