近日，南京農(nóng)業(yè)大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院鮑依群課題組在植物學(xué)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(tuán)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(dá)。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(jìn)一步研究表明，水稻EXA1蛋白定位于細(xì)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(xì)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(dá)顯著下調(diào)；通過在exa1背景下表達(dá)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(jìn)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(xué)生命科學(xué)學(xué)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(xué)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