JIPB:研究揭示不育基因ORF355改良玉米CMS

来源：互联网2022-10-18 09336032

S型细胞质雄性不育是玉米三大不育系之一，可用于创造雌性不育系，生产玉米杂交种。

近日，北京市农林科学院和中国科学院遗传研究所联合在国际主流学术期刊《JIPB》(IF=9.016/Q1)上在线发表了题为ORF355赋予CMS-s玉米Bid增强的盐胁迫适应性调节线粒体代谢稳态的研究论文。探索了不育ORF355通过影响细胞水平提高玉米耐盐性的新机制。

S型细胞质雄性不育是玉米三大不育系之一，可用于创造雌性不育系，生产玉米杂交种。CMS-S是由线粒体编码的不育基因ORF355在小孢子发育过程中大量特异表达引起的，可视为一种特殊的线粒体变异。在model animal的研究中发现，轻度应激下的线粒体重建了基础代谢平衡，使细胞能够耐受随后更长、更强的应激。这种现象被称为线粒体毒性兴奋效应。不育基因ORF355也在非雄穗组织如叶子和雌穗中低水平表达。尚不清楚它是否影响CMS-S的线粒体代谢平衡和植物的抗逆性。本研究发现CMS-S玉米在盐碱地上比正常细胞质的近等基因玉米具有更好的生长潜力和更高的产量。这种耐受性的提高与花粉败育节省的能量无关。通过雌激素诱导表达系统控制ORF355的表达，发现ORF355的低水平表达可以诱导活性氧的积累，促进烟酰胺腺嘌呤二核苷酸浓度的增加，改变细胞内的代谢平衡，激活细胞的抗氧化防御系统，产生类似于动物细胞线粒体的毒性兴奋作用。代谢组学分析表明，即使没有盐胁迫，CMS-S玉米与细胞质正常的近等基因玉米也存在明显差异。烟酰胺代谢、氨基酸代谢和半乳糖代谢相关产物发生了显著变化。

赵久然团队近年来在玉米S型细胞质雄性不育研究方面取得了一系列进展，探索了CMS-S败育的分子机制(肖等，2020)和不育性稳定性(肖等，2022)。本文进一步揭示了CMS-S不育系在抗逆中的可能意义。肖林博士和魏松研究员是本文的第一作者，遗传研究所赵久然研究员和陈华邦研究员是本文的合著者。本研究得到了北京学者(BSP041)、北京市农林科学院青年(QNJJ202128)和科技项目(KJXM2020001)的资助。

ORF355调节CMS-S玉米耐盐性的示意图

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