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研究揭示棉花细胞质雄性不育的花粉败育机制

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  近日,中国农业科学院棉花研究所棉花高产育种团队围绕棉花细胞质雄性不育开展研究,首次鉴定出哈克尼西棉细胞质雄性不育系(CMS-D2)携带的线粒体不育相关基因orf610a,并初步解析了不育系花粉败育的分子机制。相关成果发表在《作物学报(英文版)(The Crop Journal)》上。

  细胞质雄性不育(CMS)是一种主要由线粒体基因控制、并可被核恢复基因恢复的母系遗传性状,具体表现为植物不能产生正常可育雄配子,是作物杂种优势利用的重要途径之一,也是研究花药发育和核质互作的理想系统。细胞质雄性不育系在不同环境条件下均表现出稳定的无花粉完全败育特征,在棉花“三系”杂种优势利用中具有广阔的应用前景。然而,关于棉花细胞质雄性不育基因功能分析和花粉败育机制研究未见相关报道。

  该研究通过对不育系及其保持系的线粒体全基因组序列进行比对分析,鉴定到一个在不育系中特有的嵌合基因orf610a。通过转化拟南芥过表达orf610a基因,发现阳性株系花丝变短、花粉量变少,并且角果变短、结实率明显降低。研究人员进一步通过分子生物学、生理生化和遗传学等多种分析手段,证实该基因编码蛋白ORF610a与细胞核编码蛋白在跨膜结构区域存在互作,过早启动细胞程序性死亡过程,从而导致花粉败育。该研究为进一步揭示棉花细胞质雄性不育及其育性恢复分子机理奠定基础,对选育棉花优良恢复系和强优势胞质不育“三系”杂交种具有指导意义。

  该研究得到国家自然科学基金等项目资助。

  原文链接:

  https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2214514122000617

 

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