交替剪接的杀雄-保护系统导致水稻出现S19介导的杂种雄性不育

《Nature Communications》：Alternatively spliced killer–protector system confers S19-mediated hybrid male sterility in rice

　　

摘要

杂种不育限制了强异种间杂种优势的利用，而S19是导致亚洲栽培稻Oryza sativa与非洲栽培稻Oryza glaberrima之间出现杂种不育的关键基因位点。然而，S19基因尚未被克隆，其作用机制也仍未明确。在本研究中，我们发现了两个在非洲稻等位基因中特有且紧密关联的基因(S19A1和S19A7)，它们在S19位点上构成一个“杀伤者-保护者”模块。由杀伤基因S19A1产生的两种可变剪接转录本(S19A1.1和S19A1.2)能编码靶向线粒体的细胞毒性蛋白，分别引发体细胞和/或配子细胞的死亡。不过，S19A7会与S19A1.1及S19A1.2相互作用，从而抑制它们的细胞毒性作用。由于亚洲稻的S19等位基因缺乏S19A1和S19A7，携带该等位基因的雄性配子在亚非杂交F₁代中会被选择性淘汰。敲除S19A1基因可克服由S19导致的杂种不育现象。单倍型分析表明，功能性的S19等位基因并不存在于非AA基因组的稻属物种中，它很可能是通过多步进化过程在O. barthii至O. glaberrima的演化支中出现的。我们的研究结果有助于揭示亚洲稻与非洲稻之间杂种不育的遗传机制，并为利用稻属植物间的异种杂种优势提供了遗传学和生物技术方面的思路。