近日，華南農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院劉向東團(tuán)隊(duì)在“Journal of Experimental Botany”在線發(fā)表了題為“OsRH52A, a DEAD-Box protein, is required for embryo sac development by regulating functional megaspore specification in rice”的研究論文，揭示了DEAD-box RNA解旋酶蛋白OsRH52A在調(diào)控水稻胚囊育性具有重要的作用。
水稻是世界最重要的經(jīng)濟(jì)作物之一，其胚囊發(fā)育正常與否直接影響結(jié)實(shí)率和最終產(chǎn)量。水稻胚囊發(fā)育受到大量基因的精準(zhǔn)調(diào)控，挖掘調(diào)控水稻胚囊育性的功能基因并闡明其分子機(jī)理對(duì)于豐富水稻生殖發(fā)育理論以及創(chuàng)制用于雜交制種的雌性不育系具有重要意義。
團(tuán)隊(duì)前期通過比較基因組學(xué)等方法研究發(fā)現(xiàn)DEAD-box RNA解旋酶家族成員OsRH52A在調(diào)控新型四倍體水稻育性具有重要作用，但在二倍體水稻中的功能及其育性調(diào)控機(jī)理尚不清楚。本研究中，團(tuán)隊(duì)通過生物信息學(xué)和遺傳學(xué)等方法確定OsRH52A在二倍體水稻育性調(diào)控中也具有重要的作用，但與新型四倍體水稻的不同。研究發(fā)現(xiàn)OsRH52A突變后育性顯著下降，幅度超過33%；通過WE-CLSM等技術(shù)深入觀察發(fā)現(xiàn)，突變體育性降低主要是由胚囊敗育性引起，與花粉育性無(wú)關(guān)（即花粉育性正常），進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)功能大孢子發(fā)育異常是引起胚囊高度敗育（32.8%）的主要原因。
水稻正常胚囊發(fā)育過程中，4個(gè)大孢子通常只有近合點(diǎn)端的大孢子分化發(fā)育成功能大孢子，然后經(jīng)過3次有絲分裂形成8核7細(xì)胞的成熟胚囊。但OsRH52A突變導(dǎo)致部分子房合點(diǎn)端形成0個(gè)（全退化）或2個(gè)（少退化）的功能大孢子，其中2個(gè)功能大孢子均能進(jìn)一步發(fā)育至成熟胚囊，形成2個(gè)“堆疊”在一起的“雙套胚囊”，占比11.8%。有趣的是，“雙套胚囊”中近珠孔端的胚囊具有雌性生殖單位但缺反足細(xì)胞，該類胚囊約有3.4%可正常受精；而近合點(diǎn)端的胚囊具有極核和反足細(xì)胞團(tuán)，但無(wú)卵器，無(wú)法正常受精。表明卵器發(fā)育具有位置特異性，可能與珠孔有密切的關(guān)系。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)OsRH52A可與OsMFS1和ZIP4互作，進(jìn)而影響OsMSP1和HSA1b等表達(dá)，調(diào)控水稻胚囊發(fā)育。
該研究揭示了OsRH52A在調(diào)控水稻功能大孢子發(fā)生和特化上的重要作用，并明確了“雙套胚囊”的起源及其形成過程。據(jù)悉，該團(tuán)隊(duì)近期還發(fā)現(xiàn)類受體蛋白激酶OsNRFG6調(diào)控新型四倍體水稻胚囊育性具有重要的作用，研究結(jié)果發(fā)表在“RICE”期刊上。這些研究為創(chuàng)制水稻雌性不育系提供理論依據(jù)和基因資源。
劉向東教授和Muhammad Qasim Shahid副研究員為文章共同通訊作者，博士生黃靜華和碩士生喬正平為文章共同第一作者，于航、陸紫君、陳偉彬、盧駿明、吳錦文和包月明等參與研究工作。該研究得到了國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、嶺南水稻種質(zhì)資源基地庫(kù)、嶺南現(xiàn)代農(nóng)業(yè)實(shí)驗(yàn)室和國(guó)家自然科學(xué)基金等項(xiàng)目的資助。
相關(guān)論文信息：https://doi.org/10.1093/jxb/erae180
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