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水稻团队克隆水稻光敏感雄性不育基因
发布日期:2012/2/1 16:10:36 浏览次数:3122
我校作物遗传改良国家重点实验室2月1日公布,历经25年不懈研究,我校中科院院士张启发课题组成功克隆控制水稻光敏感核不育基因pms3。美国东部时间30日,《美国科学院院刊》在线报道了该项成果。
 
水稻的杂交育种有“三系”与“两系”之分。以光敏感核不育水稻为基础培育“两系”杂交稻,不再需要借助保持系来繁殖不育系。1973年,仙桃农技推广专家石明松先生在湖北沔阳(现仙桃)发现光敏感雄性核不育水稻“农垦58S”,后经湖北省水稻专家多年合作研究确定,该雄性不育水稻具有长日照条件下不育,短日照条件下可育的育性转换特性。因此可将其在长日条件下用作不育系与相应的父本品种(恢复系)配组,生产杂交种;短日条件下自交结实,繁殖不育系。这一杂交稻体系被称为“两系”杂交稻。与传统的“三系”杂交稻相比,两系杂交稻简化了杂交育种和制种程序,降低了种子成本,并且配组自由,能充分发挥杂种优势。因此该光敏感核不育水稻被认为是一个极为宝贵的遗传资源。1987年启动的国家863计划,将利用光敏感核不育培育两系杂交稻作为主要内容之一列入生物技术领域。20多年来,两系杂交稻的培育和应用取得了辉煌的成就,国内两系杂交稻种植面积目前约占杂交水稻种植面积的25%。
 
从1987年开始,张启发课题组就一直致力于克隆控制水稻光敏感核不育的基因。在长达25年的历程中,他们克服重重困难,最终克隆了pms3基因。据论文的第一作者丁寄花博士介绍,控制水稻光敏感核育的基因pms3是一个长链非编码RNA,光敏感核不育水稻与正常水稻品种在pms3区间存在一个碱基的突变。该基因表达受光周期调控,在长日条件下,pms3基因的正常表达对花粉发育至关重要。在长日条件下的正常水稻中,该基因的表达量能保证水稻花粉正常发育,雄性可育。光敏感核不育水稻中,pms3基因区间的碱基突变导致该基因本身启动子区间发生甲基化修饰,表达量下降,不能满足水稻花粉发育对该表达产物的需求,从而在长日照条件下雄性不育。
 
据张启发介绍,生物基因组DNA序列按其是否编码蛋白质分为编码序列和非编码序列。长期以来,对生物基因组功能的研究主要集中在编码序列,随着基因组研究的深入,近年来发现非编码序列也发挥重要功能,但目前的研究较多的是小分子非编码RNA,对长链非编码RNA的研究还刚开始。pms3是水稻中第一个发现并进行了功能研究的长链非编码RNA,这一结果为植物非编码RNA的功能研究打开了一扇窗。
 
水稻光敏感核不育基因pms3的克隆和功能分析的研究成果,可以直接应用于水稻两系不育系的培育,促进作物杂种优势利用研究的发展。
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