雜交水稻的三系系統(tǒng)（細(xì)胞質(zhì)雄性不育系、恢復(fù)系和保持系）和兩系系統(tǒng)【溫敏核雄性不育系（TGMS）、光敏核雄性不育系和恢復(fù)系】被廣泛用于雜交水稻育種。TGMS水稻表現(xiàn)為高溫不育、低溫可育的表型，在兩系育種中也可以作為保持系，從而大大降低了種子生產(chǎn)成本?？紤]到大部分品種可以恢復(fù)TGMS系的育性，在雜交水稻育種中，兩系育種比三系育種可利用更廣泛的遺傳資源。因此，光溫敏雄性不育系對(duì)我國(guó)兩系雜交稻育種意義重大而深遠(yuǎn)。與此同時(shí)，高溫是造成農(nóng)作物減產(chǎn)的重要原因之一，研究植物如何感知并響應(yīng)溫度的分子機(jī)制，不但可以豐富人們對(duì)植物適應(yīng)環(huán)境的認(rèn)識(shí)，而且對(duì)將來(lái)培育耐高溫作物具有重要意義。

近日，中國(guó)科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所李云海團(tuán)隊(duì)與海南大學(xué)、北京大學(xué)研究人員合作發(fā)現(xiàn)了水稻溫敏不育調(diào)控的重要分子機(jī)制。該研究發(fā)現(xiàn)秈稻TGMS系Tian1S在高溫下表現(xiàn)出雄性不育，但在低溫下表現(xiàn)出正常的育性，與日長(zhǎng)無(wú)關(guān)。通過遺傳分析表明，溫敏雄性不育表型由細(xì)胞核單個(gè)隱性基因OsMS1wenmin1控制。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，高溫下OsMS1wenmin1賦予秈粳和粳稻品種溫敏不育表型。有意思的是野生型的OsMS1定位于細(xì)胞核中，而OsMS1wenmin1定位于細(xì)胞質(zhì)和細(xì)胞核中，表明OsMS1保守的L301P的突變影響其亞細(xì)胞定位。該研究進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)溫度調(diào)控OsMS1和OsMS1wenmin1的豐度，并且OsMS1wenmin1比OsMS1對(duì)溫度變化更敏感。在低溫條件下，野生型OsMS1和OsMS1wenmin1等位基因分別編碼適當(dāng)水平的OsMS1和OsMS1wenmin1蛋白以保持正常的花粉發(fā)育，盡管含有OsMS1wenmin1等位基因的水稻材料中OsMS1wenmin1的水平在細(xì)胞核中低于野生型OsMS1。OsMS1和OsMS1wenmin1與轉(zhuǎn)錄因子TDR相互作用以激活下游基因的表達(dá)，從而產(chǎn)生可育花粉。在高溫條件下，OsMS1蛋白的豐度下降，但細(xì)胞核中仍有足夠的OsMS1蛋白與TDR相互作用以激活下游基因的表達(dá)，從而產(chǎn)生可育花粉。相反，高溫大大降低了OsMS1wenmin1蛋白水平，因此細(xì)胞核中沒有足夠的OsMS1wenmin1蛋白與TDR相互作用，導(dǎo)致下游基因表達(dá)急劇下降并形成不育花粉。

該研究揭示了溫度調(diào)控OsMS1蛋白豐度的一種新機(jī)制，有意思的是L301P的突變，導(dǎo)致OsMS1wenmin1對(duì)溫度響應(yīng)更為敏感，進(jìn)而導(dǎo)致高溫不育的表型。值得注意的是，不同物種中OsMS1高度保守。因此，該研究發(fā)現(xiàn)對(duì)于進(jìn)一步闡明溫度調(diào)控水稻育性轉(zhuǎn)換的分子機(jī)制，指導(dǎo)兩系雜交稻育種，乃至在其他作物中創(chuàng)制新的溫敏不育系具有深遠(yuǎn)意義。

相關(guān)研究成果以A natural allele of OsMS1 responds to temperature changes and confers thermosensitive genic male sterility為題于近日在線發(fā)表在Nature Communications上。研究工作得到了中科院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)等項(xiàng)目的資助。