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我校揭示两个新基因在甘蓝型油菜雄性不育中的作用机制

核心提示: 近日,我校作物遗传改良国家重点实验室涂金星教授课题组在国际学术期刊NEW Phytologist在线发表了研究论文,揭示了两个新基因在甘蓝型油菜雄性不育三系育种系统7365ABC中雄性不育的作用机制。

南湖新闻网讯(通讯员 李筱霞)近日,我校作物遗传改良国家重点实验室涂金星教授课题组在国际学术期刊NEW Phytologist在线发表了题为“Two Young Genes Reshape a Novel Interaction Network in Brassica napus”的研究论文,该研究揭示了两个新基因在甘蓝型油菜雄性不育三系育种系统7365ABC中雄性不育的作用机制。

新基因通常能够推动基因互作网络的进化,这一过程在生物体中创造出新的遗传和表型多样性。甘蓝型油菜雄性不育三系育种系统7365ABC由于其显著的育种优势,在中国油菜育种中被广泛应用。7365ABC由两个新基因Bnams4b和BnaMs3控制。这两个新基因的相互作用机制在此之前一直不甚清楚,本研究通过蛋白互作筛选及验证,转录组与蛋白组分析,以及各种遗传学实验,解析Bnams4b不育和BnaMs3恢复育性的分子机理。

本研究中证实Bnams4b与核定位E3泛素连接酶基因BRUTUS(BTS)相互作用。AtBTS的异位表达拟南芥和Bnams4b转基因拟南芥及bts突变体之间的比较表明Bnams4b可能驱动BTS的易位以引起缺铁耐性、不育、半不育等毒性缺陷。热激处理则影响两种蛋白的互作,使植株恢复育性。同时在酵母点对点验证中,高温抑制了酵母中Bnams4b和BTS之间的相互作用。在热激处理后的Bnams4b转基因拟南芥植物中,泛素系统和TOC组分的积累受到影响。

实验表明与同源基因Bnams3和AtTic40相比,BnaMs3与叶绿体外膜易位子Toc33特异性互作,并特异地补偿了Bnams4b驱动的毒性作用。

基于已有的实验结果,作者推测新基因Bnams4b在植物体中出现之后,其蛋白与核蛋白BTS互作并携带BTS错误定位到叶绿体,最终导致了一系列的毒性作用。作者提出了7365ABC系统中Bnams4b和BnaMs3可能的作用模型。当没有Bnams4b在时,BTS定位在细胞核中行使其自身固有的功能,并且叶绿体前体蛋白正常转运到叶绿体中。一旦植物含有Bnams4b,它将携带核蛋白BTS错误地到达叶绿体,之后很可能在叶绿体外膜上通过直接降解某些前体蛋白或者扰乱正常的泛素-蛋白酶体系统(例如SP1介导的泛素-蛋白酶体系统)而影响叶绿体蛋白的转运,并最终导致不育表型。适当的热激处理抑制Bnams4b与BTS之间的蛋白互作,从而不会引起BTS的错误定位,Bnams4b本身不具有影响叶绿体蛋白转运的功能,因此无法导致不育表型。当存在BnaMs3时,未检测到Bnams4b转录和Bnams4b表达,BnaMs3与Toc33特异性结合,可能直接向细胞核发送信号抑制Bnams4b转录,也可能通过某种未知机制消除蛋白Bnams4b,然后发送反馈调节信号抑制细胞核中Bnams4b的转录,最终,Bnams4b的毐害效应被完全消除。

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我校植物科学技术学院作物遗传育种专业张智强博士为论文第一作者,通讯作者为涂金星教授,该研究得到国家重点研发计划、国家自然科学基金的资助。

论文链接:https://nph.onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1111/nph.16113

审稿人:涂金星

责任编辑:郭文娟
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