NATIONL CENTER OF PLANT GENE RESEARCH(WUHAN)
我室成功克隆水稻光敏感雄性不育基因
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杂交水稻的培育和应用为粮食增产作出了巨大贡献,以光敏感核不育水稻为基础培育“两系”杂交稻的成功,使杂交水稻的发展跨入一个新阶段。最近,我室成功克隆了控制水稻光敏感核不育的基因pms3。昨日,《美国科学院院刊》报道了该项成果。

光敏感雄性核不育水稻农垦58S1973年由石明松先生在湖北沔阳(现仙桃)发现,经湖北省水稻专家多年合作研究确定,该雄性不育水稻具有长日照条件下不育,短日照条件下可育的育性转换特性。因此可将其在长日条件下用作不育系与相应的父本品种(恢复系)配组,生产杂交种;短日条件下自交结实,繁殖不育系。这一杂交稻体系被称为“两系”杂交稻。与传统的“三系”杂交稻相比, 两系杂交稻简化了杂交育种和制种程序,降低了种子成本,并且配组自由,能充分发挥杂种优势。因此该光敏感核不育水稻被认为是一个极为宝贵的遗传资源。1987年启动的国家863计划,将利用光敏感核不育培育两系杂交稻作为主要内容之一列入生物技术领域。二十多年来,两系杂交稻的培育和应用取得了辉煌的成就。

研究发现,控制水稻光敏感核不育的基因pms3是一个长链非编码RNA,光敏感核不育水稻与正常水稻品种在pms3区间存在一个碱基的突变。该基因表达受光周期调控,在长日条件下,pms3基因的正常表达对花粉发育至关重要。在长日条件下的正常水稻中,该基因的表达量能保证水稻花粉正常发育,雄性可育。光敏感核不育水稻中,pms3基因区间的碱基突变导致该基因本身启动子区间发生甲基化修饰,表达量下降,不能满足水稻花粉发育对该表达产物的需求,从而在长日照条件下雄性不育。

长期以来,对生物基因组功能的研究主要集中在编码序列,随着基因组研究的深入,近年来发现非编码序列也发挥重要功能,但目前的研究较多的是小分子非编码RNA,对长链非编码RNA的研究还刚开始。pms3是水稻中第一个发现并进行了功能研究的长链非编码RNA,这一结果为植物非编码RNA的功能研究打开了一扇窗。

水稻光敏感核不育水稻pms3的克隆和功能分析的研究成果,可以直接应用于水稻两系不育系的培育,促进作物杂种优势利用研究的发展。