研究发现温敏雄性不育水稻不育起点温度调控机制

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近日，华南农业大学生命科学学院周海/庄楚雄团队首次揭示了E3泛素连接酶CSIT1通过蛋白质质量控制调控温敏雄性不育水稻的不育起点温度的分子机制，为解决两系杂交育种中温敏雄性不育系不育起点温度的选育问题提供了新思路。相关成果发表于《分子植物》杂志。

两系杂交水稻育种是我国科学家首创的育种技术，由环境敏感型雄性不育系（主要是温敏不育系）和恢复系组成，由于其具有更大的杂种优势利用潜力，目前两系杂交水稻种植面积已经占杂交水稻的一半。不育起点温度是指温敏不育系的育性从可育转变为不育的临界温度，是保障两系杂交水稻制种安全的关键。然而，许多温敏核雄性不育系的不育起点温度偏高或者遗传漂移，在杂交制种时偶遇低温天气可能自交而导致制种失败，造成巨大的经济损失，限制了两系杂交水稻的发展。目前，有关不育起点温度基因的克隆和分子机制尚未有公开报道。

由于水稻温敏雄性不育基因tms5遗传比较稳定，目前95%以上的两系杂交水稻的不育系是利用该基因。该基因首次发现于温敏雄性不育系安农S-1中。TMS5编码核酸内切酶，参与tRNA加工和泛素核糖体融合基因Ub_L40代谢。最近的研究发现，安农S-1中CSIT1的突变导致其不育起点温度显著升高，影响两系杂交制种安全性。CSIT1受高温诱导表达，可能作为温度感应子；其编码一个含RING结构域的E3连接酶，可以与80S核糖体相互作用参与核糖体关联的蛋白质质量控制。高温和泛素的过度积累可能使得安农S-1中蛋白质稳定性下降，蛋白质质量控制系统更加敏感，导致雄性不育。而CSIT1突变后，缓解了蛋白质质量控制系统的敏感性，使得花药发育相关蛋白的丰度有所恢复，不育起点温度升高。

该研究发现CSIT1通过核糖体偶联的蛋白质质量控制过程调节水稻温敏雄性不育系的不育起点温度，为解决两系杂交育种中温敏雄性不育系不育起点温度的选育问题提供了潜在途径。

相关论文信息：https://doi.org/10.1016/j.molp.2023.09.016