近日，南京農(nóng)業(yè)大學生命科學學院鮑依群課題組在植物學國際權(quán)威期刊New Phytologist在線發(fā)表了題為“OsZNHIT3 functions as a transcriptional activator to regulate tapetal programmed cell death and exine formation in rice”的研究論文，揭示了水稻雄性核不育調(diào)控的新機制，并為遺傳改良提供了潛在靶點。

水稻的雄性發(fā)育是一個高度協(xié)調(diào)的過程，絨氈層的發(fā)育與程序性死亡（PCD）是保障花粉正常發(fā)育的關(guān)鍵。該研究發(fā)現(xiàn)的EMS誘變突變體exa1表現(xiàn)為雄性不育。exa1的花粉敗育，絨氈層程序性死亡（PCD）延遲，花粉外壁的結(jié)構(gòu)異常。

圖1.exine abnormal 1 (exa1)突變體的花藥和花粉發(fā)育異常

結(jié)合圖位克隆與MutMap分析，研究團隊發(fā)現(xiàn)EXA1編碼一個Zinc finger-HIT（Zf-HIT）家族蛋白OsZNHIT3。該蛋白在水稻花藥絨氈層和發(fā)育小孢子中高度表達。在酵母和哺乳動物中，Zf-HIT家族蛋白已被報道廣泛參與染色質(zhì)重塑、小核仁RNP組裝等過程，但其植物中的功能研究較少。進一步研究表明，水稻EXA1蛋白定位于細胞核和胞質(zhì)，并通過其保守的、尚未被定義的C端結(jié)構(gòu)域在體內(nèi)外發(fā)揮轉(zhuǎn)錄激活作用。

已有研究表明，多個轉(zhuǎn)錄因子（如TDR、MYB80、PTC1和EAT1等）共同調(diào)控絨氈層細胞PCD及花粉壁形成，但其調(diào)控網(wǎng)絡(luò)尚不完善。轉(zhuǎn)錄組分析顯示，在exa1突變體中，調(diào)控絨氈層PCD的關(guān)鍵轉(zhuǎn)錄因子PTC1和EAT1及其下游基因表達顯著下調(diào)；通過在exa1背景下表達pEXA1:PTC1或pEXA1:EAT1，可部分恢復(fù)花藥外觀、花粉形態(tài)及花粉外壁結(jié)構(gòu)。這些結(jié)果表明，EXA1可能位于PTC1和EAT1上游，參與調(diào)控絨氈層PCD與花粉壁形成。

圖2.EXA1遺傳定位于PTC1和EAT1的上游

綜上，該研究進一步深化了對水稻雄性發(fā)育轉(zhuǎn)錄調(diào)控網(wǎng)絡(luò)的理解，并為Zf-HIT蛋白參與植物生殖發(fā)育提供了直接證據(jù)。

南京農(nóng)業(yè)大學生命科學學院博士研究生王旺與劉峰副教授為該論文的共同第一作者，鮑依群教授為通訊作者。該研究得到了生物育種國家重大科技項目，國家自然科學基金項目，國家重點研發(fā)計劃等項目資助。

文章鏈接：http://doi.org/10.1111/nph.70366