周海研究员课题组揭示新的水稻环境敏感型不育分子机制
近日，我校亚热带农业生物资源保护与利用国家重点实验室周海研究员课题组在New Phytologist（IF：7.299，中科院生物学一区）在线发表了题为“HMS1 Interacts with HMS1I to Regulate Very‐long‐chain Fatty Acid Biosynthesis and the Humidity‐sensitive Genic Male Sterility in Rice (Oryza sativa)” 的研究论文（文章链接： https://nph.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/nph.16288 ）。该研究揭示了水稻HMS1与HMS1I基因互作调控特长链脂肪酸的合成和花粉壁含油层的形成，进而控制湿度敏感雄性不育的分子机制，为两系杂交水稻育种提供了更多的选择。
两系杂交水稻使用可育条件下的环境敏感型不育系作为保持系和不育条件下的环境敏感型不育系作为不育系，几乎所有的正常水稻都可以作为恢复系，最大限度的利用了杂种优势，当前我国两系杂交水稻种植面积已占杂交水稻种植面积的一半。但是，环境敏感型不育系的育性容易受环境波动的影响，有可能出现自交结实，导致杂交种子纯度不高，从而影响杂交水稻产量。因此，选择不同的环境敏感型不育基因，阐明其分子机制，综合利用这些基因有利于提高两系杂交水稻育种的安全性。环境敏感型不育包括光敏不育、温敏不育和湿敏不育。湿度敏感雄性不育是一类在高湿条件下正常结实，而低湿条件下不结实的不育类型。
该研究鉴定了一个湿度敏感不育突变体hms1，通过图位克隆和功能互补表明HMS1编码一个β-酮脂酰辅酶A合酶 (β-ketoacyl-CoA synthase，KCS)。该酶需要与HMS1I互作才能催化C26和C28等特长链脂肪酸的合成，而这些特长链脂肪酸的缺少影响花粉壁中含油层的形成，花粉壁的缺陷导致花粉保水能力降低，在低湿条件下，以极快的速度皱缩，失去活性。低湿条件下，花粉壁的缺陷也影响了花粉在柱头上的附着、水合和萌发，导致湿敏不育突变体不能正常结实。而在高湿条件下，湿敏不育突变体的花粉在柱头上的附着、水合和萌发能力部分恢复，导致结实正常。该研究进一步发现，粳稻和籼稻水稻品种中HMS1的突变均会导致湿度敏感型雄性不育，揭示了一种新的特长链脂肪酸介导的湿度敏感不育分子机理，在杂交育种中具有潜在的价值。
周海研究员为该论文通讯作者，博士研究生陈慧琼、应届硕士毕业生张志国、博士后倪尔冬和硕士研究生林健雯为共同第一作者，庄楚雄研究员、刘耀光院士和刘振兰教授参与了研究，相关工作得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金和广东省杰出青年基金的资助。
周海研究员课题组属于庄楚雄研究员育性发育与光合作用团队，该团队长期从事水稻环境敏感型不育的研究，独立或与他人合作克隆了多个我国两系杂交水稻育种中主要使用的光/温敏不育基因（Zhou et al., 2012; Zhou et al., 2014; Zhou et al., 2016）。其中，我国95%以上的两系杂交水稻使用tms5作为不育基因（Zhou et al., 2014; Zhou et al., 2016），为我国杂交水稻育种做出重要贡献，我国两系杂交水稻占杂交水稻的种植面积也从2012年的三分之一迅速上升到当前的50%。
该团队近期还在rice（IF：3.513，中科院农学一区）发表了“Overexpression of OsAGO1b Induces Adaxially Rolled Leaves by Affecting Leaf Abaxial Sclerenchymatous Cell Development in Rice”和“Overexpression of a microRNA-targeted NAC transcription factor improves drought and salt tolerance in Rice via ABA-mediated pathways”两篇论文。
（责任编辑：蒙丽）
