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水稻团队克隆两系杂交稻关键基因

信息来源:作物遗传改良国家重点实验室    发布时间:2016-12-14
    12月13日,《美国国家科学院院刊》(PNAS)在线刊发了我室水稻团队题为“PMS1T, producing phased small-interfering RNAs, regulates photoperiod-sensitive male sterility in rice”(PMS1T产生phasiRNA,调控水稻光敏雄性核不育)的研究论文。该研究克隆到了水稻控制光敏雄性核不育的基因pms1,并对其功能进行了解析。范优荣博士为本文的第一作者,张启发教授为通讯作者。

    水稻是自交作物,人类为了提高水稻产量,传统的方法是依靠自然突变和人工选择获得对当地自然和栽培环境具有良好适宜性的优良水稻品种,或者改良栽培技术。后来人们发现水稻也具有杂种优势,但是其特殊的花结构导致无法在田间大规模生产杂交种。1966年袁隆平先生发文提出了利用不育系、保持系和恢复系三系配套的方法充分利用杂种优势提高水稻产量的理论构想,10年后三系杂交稻开始在中国大面积推广种植。1973年石明松先生在湖北沔阳(现仙桃)农垦58的大田中发现的光敏感雄性核不育水稻“农垦58S”,拉开了两系法杂交稻的序幕。农垦58S具有长日照条件下不育,短日照条件下可育的育性转换特性。所以长日照下可做不育系,短日照下做保持系,一系两用,大大简化了杂交过程。长期以来,国家也将两系杂交稻研究和应用在多个重大计划中作为重点予以支持。1989年首个基于光敏不育水稻的两系杂交稻培育成功,二十几年来,两系杂交稻的种植面积逐渐增加,为水稻增产做出了重要贡献。张启发课题组从1987年开始水稻光敏不育基因的研究,于上世纪九十年代确定了农垦58S的光敏不育特性由pms1和pms3两个位点控制。经过近二十年的艰苦努力,2012年他们报道了导致农垦58突变为农垦58S的光敏感雄性核不育基因pms3克隆的研究成果。最近在pms1基因的克隆和功能分析方面又取得了新成果。

    该论文指出pms1是不完全显性基因,编码一个长链非编码RNA。pms1的转录本PMS1T能够被microRNA2118识别并介导剪切,形成一串21-nt的小RNA。这些小RNA在基因组上串联、首尾相连,也被称为phasiRNA(phased small-interfering RNAs),是植物所特有的。农垦58S与可育品种在pms1区间存在一个突变的碱基,位于剪切位点下游的24 bp,这一突变导致了农垦58S在长日照下能产生更多的phasiRNA,从而造成雄性不育。

    非编码RNA的功能是目前生命科学中最前沿的领域之一,phasiRNA是非编码RNA中发现的最新成员,目前对于其生物学功能知之甚少。本研究首次揭示phasiRNA是有功能的,而且控制重要的农艺性状。以往大家一直认为光敏感雄性不育性都是由隐性基因控制的,本研究揭示pms1为不完全显性,刷新了对遗传学上显隐性关系的认识。该研究结果对其他雄性不育基因的研究及两系不育系的培育和利用具有指导意义。

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http://www.pnas.org/content/early/2016/12/13/1619159114.abstract

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