水稻是世界重要的糧食作物，雜交水稻是提高水稻產(chǎn)量的重要途徑。溫度敏感型雄性不育系在兩系雜交水稻生產(chǎn)中發(fā)揮重要作用，它們?cè)诟邷貤l件下表現(xiàn)為雄性不育，作為母本接受花粉產(chǎn)生雜交種；在低溫條件下，其育性恢復(fù)完成不育系的繁殖。到目前為止，控制水稻溫敏雄性不育的基因和分子機(jī)制還不清楚。
中國(guó)科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所曹曉風(fēng)課題組和華南農(nóng)業(yè)大學(xué)莊楚雄課題組以及湖南亞華種業(yè)楊遠(yuǎn)柱研究員合作，克隆了控制株1S和安農(nóng)S-1溫敏不育的基因tms5，并發(fā)現(xiàn)tms5基因是控制我國(guó)溫敏不育系的主要基因。2011年，我國(guó)種植的兩系雜交稻中，有71個(gè)品種是用帶有tms5的兩用不育系培育而成，占所有兩系雜交稻品種的71%，其種植面積超過全國(guó)兩系雜交稻種植面積的80%。TMS5編碼一個(gè)保守的短版本RNase Z同源蛋白，命名為RNase ZS1。RNase Z在細(xì)胞核內(nèi)對(duì)tRNA 3’末端進(jìn)行加工，促進(jìn)tRNA的成熟，短版本RNase ZS在動(dòng)、植物中的功能未知。研究發(fā)現(xiàn)UbL40基因受高溫誘導(dǎo)并在花粉母細(xì)胞特異表達(dá)。體內(nèi)外實(shí)驗(yàn)顯示，細(xì)胞質(zhì)中定位的RNase ZS1介導(dǎo)了對(duì)UbL40的降解，tms5突變體無(wú)法切割被高溫誘導(dǎo)的UbL40 mRNA，從而調(diào)控花粉母細(xì)胞的發(fā)育。在野生型水稻中過表達(dá)UbL40導(dǎo)致雄性不育，在tms5突變體中降低UbL40的表達(dá)部分恢復(fù)tms5的育性。這些結(jié)果證明RNase ZS1通過對(duì)UbL40 mRNA的調(diào)控，控制水稻溫敏雄性不育。該成果發(fā)現(xiàn)了RNase ZS的新功能，首次揭示了雜交水稻溫敏雄性不育的分子機(jī)理。
該研究結(jié)果于9月11日在線發(fā)表在Nature Communication 上。遺傳發(fā)育所曹曉風(fēng)實(shí)驗(yàn)室的周明博士和華南農(nóng)業(yè)大學(xué)莊楚雄實(shí)驗(yàn)室的周海博士為該論文的共同第一作者。該研究得到科技部“973”項(xiàng)目、農(nóng)業(yè)部轉(zhuǎn)基因?qū)ｍ?xiàng)、國(guó)家自然科學(xué)基金和植物基因組學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的資助。
