绿豆雄性不育突变体基因定位揭示MYB转录因子VrMYB80调控花粉发育的分子机制

为解决绿豆(Vigna radiata L.)雄性不育遗传机制不明的问题，研究人员通过图位克隆鉴定出调控花粉发育的关键基因VrMYB80。该MYB转录因子在突变体vrnpms中发生52-kb缺失导致C端转录激活域截短，通过拟南芥互补实验证实其功能保守，并揭示其通过调控下游VrMS1表达影响绒毡层发育。该研究为豆科作物花粉发育机制提供新见解，对利用杂种优势提高绿豆产量具有重要意义。

　　

作为重要的食用豆类作物，绿豆(Vigna radiata L.)在亚洲地区广泛种植。然而与主要粮食作物相比，其单产水平长期停滞不前。利用雄性不育系实现杂种优势利用是提高作物产量的有效途径，但绿豆雄性不育的遗传基础研究严重滞后。目前对豆科作物花粉发育调控网络的认识主要来自模式植物拟南芥，其中MYB80（原名MYB103）被证实是调控绒毡层程序性死亡和花粉外壁形成的关键转录因子。然而，这些发现在绿豆等豆科作物中是否保守尚未得到验证。

为解析绿豆雄性不育的分子机制，研究人员鉴定到一个无花粉型雄性不育突变体vrnpms。通过构建V2709×vrnpms的F₂分离群体，采用图位克隆技术将目标基因定位在6号染色体426.65 kb区间。基因组分析发现候选基因EVM0016947（命名为VrMYB80）在突变体中存在52-kb大片段缺失，导致编码的MYB转录因子丢失C端转录激活域。系统发育分析显示VrMYB80与拟南芥AtMYB80同源度达60.3%，暗示功能保守性。

研究采用多项关键技术：1）基于BSA（Bulked Segregant Analysis）的基因定位；2）拟南芥互补实验验证基因功能；3）亚细胞定位观察蛋白分布；4）转录激活实验鉴定功能域；5）原位杂交分析基因时空表达模式；6）qRT-PCR检测下游基因表达。

基因定位与候选基因鉴定

通过SSR和InDel标记将vrnpms控制基因定位于6号染色体1.9 cM区间，对应物理距离426.65 kb。该区间包含37个预测基因，其中EVM0016947编码的MYB转录因子在突变体中发生结构性变异，Western blot检测发现突变体仅表达约25 kDa的截短蛋白（野生型为52 kDa）。

功能互补验证

将野生型VrMYB80基因组序列转入拟南芥myb80突变体后，转基因植株完全恢复育性，花粉活力达92.3%，显著高于突变体（p<0.01），证实VrMYB80功能保守。截短型VrMYB80ΔC则无法互补表型。

分子特性分析

亚细胞定位显示VrMYB80-GFP融合蛋白特异定位于细胞核。酵母系统实验证实其C端含转录激活域，缺失该区域的突变体蛋白丧失激活报告基因的能力。原位杂交显示VrMYB80在花药绒毡层特异表达，时期与拟南芥AtMYB80一致。

下游调控机制

qRT-PCR分析发现，在vrnpms突变体中，已知的花粉发育关键基因VrMS1（MALE STERILITY 1同源基因）表达量下降83%。双荧光素酶报告系统证实VrMYB80可直接激活VrMS1启动子，而截短型蛋白丧失此功能。

该研究首次在豆科作物中证实MYB80通路保守性，揭示VrMYB80通过其C端转录激活域调控下游VrMS1表达，进而影响绒毡层功能。开发的分子标记为绿豆不育系选育提供工具，研究成果发表于《Journal of Integrative Agriculture》，为豆科作物杂种优势利用奠定理论基础。鉴于MYB80在作物中的高度保守性，该发现对解析其他豆科植物雄性不育机制具有重要参考价值。