水稻萜類代謝調控新型濕敏雄性不育研究獲進展

高等植物的花粉粒具有一層堅硬的花粉外壁，內含一種叫做「花粉包被」的物質。花粉包被在防止花粉粒乾燥、保護花粉粒免受機械損傷和病原菌侵染等方面具有重要作用。在自然界中，花粉壁發育不良和缺少花粉包被的植株表現出育性明顯下降。研究花粉包被的形成機制，對發現作物雜交育種和制種所需的優良雄性不育材料具有重要意義。

中國科學院植物研究所研究員漆小泉研究組長期從事植物萜類代謝研究，在前期研究中已鑒定出多條植物二萜和三萜代謝途徑。近日，該研究組研究人員發現，水稻三萜合酶OsOSC12/OsPTS1能夠催化2,3-環氧鯊烯產生一種二環三萜化合物「禾穀絨氈醇」；缺失OsOSC12/OsPTS1功能的水稻植株所產生的花粉粒，其花粉包被的組成成分明顯減少，花粉粒得不到有效保護而迅速失水。這種突變體在濕度低於60%的環境中表現為不育，而在濕度高於80%的環境中則表現為完全可育，是一種新型的濕度敏感型雄性核不育材料。進一步的研究表明，與正常植株相比，突變體的花粉包被中棕櫚酸和亞麻酸的含量明顯降低，並且完全缺少硬脂酸；對突變體的花粉粒補充棕櫚酸和亞麻酸能夠有效防止花粉粒過度失水，由此表明，花粉包被缺乏這三種脂肪酸是導致花粉粒迅速失水的主要原因。考慮到OsOSC12/OsPTS1普遍存在於禾本科植物中，現已發現該基因在玉米、小麥和大麥的花藥中表達，並檢測「禾穀絨氈醇」存在，預示了禾本科植物中存在類似的分子機制。

該研究揭示了OsOSC12/OsPTS1在水稻花粉包被形成過程中的關鍵作用，為深入了解花粉包被的形成機制和保水機理奠定了基礎。同時，該研究還獲得了水稻濕度敏感型雄性不育系，這是繼早期發現的水稻光/溫敏雄性不育材料之後的又一種條件雄性不育材料。由於早期發現的光/溫敏雄性不育系的育性需要嚴格控制溫度或光照，極大地限制了其應用範圍，而新型不育系的育性只受揚花期環境濕度的影響，可在夏季乾旱少雨的地區配製雜種，從而突破目前水稻雜種優勢利用的地域限制。研究者認為，採用相同的研究方法和技術，有望獲得多種禾本科作物的濕敏雄性不育材料，開創作物兩系雜交育種和雜種優勢利用的新篇章。

相關研究成果發表在《自然-通訊》上，漆小泉研究組副研究員薛哲勇、博士畢業生徐霞、博士研究生周媛為共同第一作者，漆小泉為通訊作者。該研究得到了國家自然科學基金重點項目和國家重點基礎研究發展計劃的資助。

三萜代謝途徑調控花粉包被形成及水稻濕敏雄性不育。A，禾穀絨氈醇合酶（OsOSC12/OsPTS1）引導的代謝途徑調控花粉外壁中脂肪酸積累的模式圖（花藥發育第9-12時期）；B，濕敏雄性不育突變體（E157）在乾燥和高濕環境中的結實稻穗。

來源：中國科學院植物研究所

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