张启发院士今年第3篇PNAS:控制水稻光敏雄性不育的基因

【字体: www.ebiotrade.com 时间:2016年12月15日 来源:生物通

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  12月13日,《美国国家科学院院刊》(PNAS)在线刊发了华中农业大学题为“PMS1T, producing phased small-interfering RNAs, regulates photoperiod-sensitive male sterility in rice”的研究论文。该研究克隆到了水稻控制光敏雄性核不育的基因pms1,并对其功能进行了解析。范优荣(Yourong Fan)博士为本文的第一作者,张启发(Qifa Zhang)院士为通讯作者。

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生物通报道:近年来,陆续有研究发现了非编码RNAs在调节生物学过程中的作用。phasiRNA(phased small-interfering RNAs)是非编码RNA中发现的最新成员,目前对于其生物学功能我们还知之甚少。12月13日,《美国国家科学院院刊》(PNAS)在线刊发了华中农业大学题为“PMS1T, producing phased small-interfering RNAs, regulates photoperiod-sensitive male sterility in rice”的研究论文。该研究克隆到了水稻控制光敏雄性核不育的基因pms1,并对其功能进行了解析。范优荣(Yourong Fan)博士为本文的第一作者,张启发(Qifa Zhang)院士为通讯作者。

phasiRNAs是一类特殊的小RNA,是在来自前体RNA的转录本的21或24-nt间隔产生的。phasiRNAs存在于各种各样的生物体中。在动物中,一类phasiRNAs——被称为Zucchini依赖性的Piwi互动RNAs,对于精子的发生是必需的。在某些植物中,phasiRNA生成位点(PHAs位点)分布在基因组集群中,并且phasiRNAs优先积聚在生殖组织中。在草的花药中,phasiRNAs是由从PHAS基因或位点转录而来的前体转录本生成的,由22-nt miR2118或miR2275断裂引发。21-nt phasiRNAs在减数分裂前的花药中是丰富的,24-nt phasiRNAs在减数分裂的花药中是丰富的。然而,这些生殖phasiRNAs的功能尚未得到表征。

一种光敏感雄性不育(PSMS)水稻(Oryza sativa L.)突变体的发现,开启了两系法杂交水稻的发展,这对水稻生产做出了巨大的贡献,尤其是在中国。在PSMS水稻中的雄性育性是受光照调控的:它在长日照条件下是雄性不育,但是在短日照条件下是可育的。张启发课题组从1987年开始水稻光敏不育基因的研究,于上世纪九十年代确定了农垦58S的光敏不育特性由pms1和pms3两个位点控制。经过近二十年的艰苦努力,2012年他们报道了导致农垦58突变为农垦58S的光敏感雄性核不育基因pms3克隆的研究成果。最近在pms1基因的克隆和功能分析方面又取得了新成果。有研究表明,Pms3基因编码一个长非编码RNA(lncRNA)——LDMAR,其丰度对于长日照下雄性生育能力是十分关键的。

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该论文指出pms1是不完全显性基因,编码一个长链非编码RNA。pms1的转录本PMS1T能够被microRNA2118识别并介导剪切,形成一串21-nt的小RNA。这些小RNA在基因组上串联、首尾相连,也被称为phasiRNA,是植物所特有的。农垦58S与可育品种在pms1区间存在一个突变的碱基,位于剪切位点下游的24 bp,这一突变导致了农垦58S在长日照下能产生更多的phasiRNA,从而造成雄性不育。

本研究首次揭示phasiRNA是有功能的,而且控制重要的农艺性状。以往大家一直认为光敏感雄性不育性都是由隐性基因控制的,本研究揭示pms1为不完全显性,刷新了对遗传学上显隐性关系的认识。该研究结果对其他雄性不育基因的研究及两系不育系的培育和利用具有指导意义。

这已经是张启发院士在今年发表的第三篇PNAS论文。今年8月份,张启发院士携同美国亚利桑那大学的研究人员证实,两种优质籼稻品种珍汕97(Zhenshan 97)和明恢63(Minghui 63)的参考基因组之间有着广泛的序列差异。这项研究发布在8月17日的《美国国家科学院院刊》(PNAS)上。相关阅读:华中农大张启发院士PNAS发表重要水稻研究成果

今年10月份,张启发院士和武汉大学的研究人员合作,分离出了一个抗褐飞虱基因BPH9,并表明该基因位点的等位基因已被广泛应用于水稻育种,使水稻生产免遭大量的褐飞虱(BPH)损伤。相关研究结果发表在10月24日的《PNAS》杂志。相关阅读:张启发院士等人PNAS发表水稻新成果

生物通:王英)

生物通推荐原文摘要:
PMS1T, producing phased small-interfering RNAs, regulates photoperiod-sensitive male sterility in rice
Abstract:Phased small-interfering RNAs (phasiRNAs) are a special class of small RNAs, which are generated in 21- or 24-nt intervals from transcripts of precursor RNAs. Although phasiRNAs have been found in a range of organisms, their biological functions in plants have yet to be uncovered. Here we show that phasiRNAs generated by the photopheriod-sensetive genic male sterility 1 (Pms1) locus were associated with photoperiod-sensitive male sterility (PSMS) in rice, a germplasm that started the two-line hybrid rice breeding. The Pms1 locus encodes a long-noncoding RNA PMS1T that was preferentially expressed in young panicles. PMS1T was targeted by miR2118 to produce 21-nt phasiRNAs that preferentially accumulated in the PSMS line under long-day conditions. A single nucleotide polymorphism in PMS1T nearby the miR2118 recognition site was critical for fertility change, likely leading to differential accumulation of the phasiRNAs. This result suggested possible roles of phasiRNAs in reproductive development of rice, demonstrating the potential importance of this RNA class as regulators in biological processes.

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