水稻光温敏不育基因的克隆和分子机理

【作者】 周海； 李静； 朱丽雅； 姜大刚； 董景芳； 刘勤坚； 周玲艳； 刘振兰； 刘耀光； 庄楚雄；

【机构】 华南农业大学生命科学学院亚热带农业生物资源保护与利用国家重点实验室；

【摘要】 杂交育种是提高粮食产量的最重要手段,水稻光/温敏不育系已经广泛的应用于两系法杂交育种。但是其分子机理是不清楚的。本研究揭示了一种水稻光/温敏不育的分子机理。安农S-1是第一个被发现的温敏不育系,其花粉母细胞到减数分裂时期处于26℃以上时表现为不育,而低于这个温度时育性恢复,而其它时期对温度不敏感。细胞学观察显示,高温诱导安农S-1花粉母细胞细胞质液泡化是导致其花粉败育的直接原因。安农S-1温敏不育受一对隐性基因tms5控制,通过精细定位将tms5定位在第2染色体6.9kb的区间内。序列分析表明,此区间内的一个RNase Z基因编码区的第71位碱基由C突变成A形成了提前的终止密码。功能互补和RNA干扰试验证明该基因的突变确实导致水稻温敏不育。我们将该基因命名为OsRNase Z^S1。分析发现,OsRNase Z^S1和它的同源蛋白一样在体外具有加工pre.tRNA 3’内切酶活性。但是,由于OsRNase z^S1定位于细胞质中,而未参与细胞核内pre-tRNA的加工。基因芯片分析发现,高温下的温敏不育系中,3个编码泛素家族蛋白的基因（Ub1、Ub2和Ub4）表达量上升。RT-PCR检测显示这3个基因在温敏不育系中的表达受温度诱导。体外切割实验说明OsRNase Z^st对这3个基因的mRNA具有直接而特异的切割活性。在野生型水稻中过量表达泛素基因导致转基因后代花粉败育,且其败育特征与安农S-1类似,而通过RNAi降低温敏不育系中这3个基因的表达,可以部分恢复育性。进一步的Westernblot分析显示,不育系中可溶性泛素化蛋白减少而不可溶性泛素化蛋白增加。根据上述结果,我们提出:高温下,温敏不育系中,受温度诱导的泛素mRNA不能被功能缺失的OsRNase Z^st及时切割而导致其表达积累,进而可能影响细胞内泛素平衡,引发花粉母细胞液泡化,最终导致花粉败育。更多还原