PNAS: 武漢大學(xué)紅蓮型雜交水稻研究取得新突破
時(shí)間：2021-04-13 12:25:01學(xué)院：生命科學(xué)學(xué)院學(xué)校：武漢大學(xué)
武漢大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院/雜交水稻國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（武漢大學(xué)）朱英國(guó)院士課題組在植物恢復(fù)基因的克隆與分子機(jī)理上取得新突破，克隆了紅蓮型雜交水稻恢復(fù)基因Rf6并鑒定了其重要的分子互作蛋白OsHXK6。相關(guān)成果于11月17日在國(guó)際權(quán)威學(xué)術(shù)刊物美國(guó)科學(xué)院院報(bào)（PNAS）上在線發(fā)表，論文題目為“Pentatricopeptide-repeat family protein RF6 functions with hexokinase 6 to rescue rice cytoplasmic male sterility”，我院黃文超講師為第一作者，博士生余長(zhǎng)春并列第一，朱英國(guó)院士為通訊作者。
雄性不育是植物界的普遍現(xiàn)象，據(jù)統(tǒng)計(jì)，超過(guò)150種植物具有雄性不育現(xiàn)象，這種不育現(xiàn)象可被恢復(fù)基因所恢復(fù)正常。雄性不育/育性恢復(fù)系統(tǒng)是當(dāng)前主要農(nóng)作物如水稻、小麥、玉米、高粱和油菜等利用雜種優(yōu)勢(shì)生產(chǎn)雜交種的基礎(chǔ)。雜交水稻分為三系和兩系，在三系雜交水稻中，袁隆平院士的野敗型、武漢大學(xué)的紅蓮型和日本的包臺(tái)型是國(guó)際公認(rèn)的三種主要雄性不育類(lèi)型。紅蓮型雜交水稻具有兩對(duì)恢復(fù)基因，分別為Rf5和Rf6。前期，我院副教授胡駿研究發(fā)現(xiàn)：Rf5定位于第10號(hào)染色體，與包臺(tái)型水稻Rf1A為同一恢復(fù)基因，是通過(guò)與GRP162相互作用形成分子復(fù)合體，加工不育基因轉(zhuǎn)錄本atp6-orfH79，從而恢復(fù)紅蓮型雜交水稻不育性，該成果于2012年發(fā)表在國(guó)際權(quán)威學(xué)術(shù)刊物Plant cell上，影響很大。
2003年，在朱英國(guó)院士的指導(dǎo)下，我院黃文超博士開(kāi)始研究Rf6，發(fā)現(xiàn)紅蓮型雜交水稻中單獨(dú)存在Rf5或Rf6時(shí)，恢復(fù)度為50%，當(dāng)Rf5和Rf6都存在時(shí)，恢復(fù)度則為75%，結(jié)實(shí)率更穩(wěn)定。進(jìn)一步把Rf6定位于第8號(hào)染色體，并用了近6年的時(shí)間最終克隆了該基因。研究發(fā)現(xiàn)Rf6不但能恢復(fù)紅蓮型，而且也能恢復(fù)包臺(tái)型。雖然Rf6也屬于PPR基因家族，但該基因是一個(gè)很特殊的PPR新基因，因?yàn)?span>Rf6的第3、4 和5三個(gè)PPR串聯(lián)結(jié)構(gòu)單元發(fā)生了一次重復(fù)，從而具備恢復(fù)功能，若由這三個(gè)PPR串聯(lián)的結(jié)構(gòu)單元未發(fā)生重復(fù)，則不具備恢復(fù)功能。PPR基因是植物體內(nèi)一個(gè)龐大的基因家族，在該領(lǐng)域，目前的研究主要集中在PPR結(jié)構(gòu)單元的點(diǎn)突變上。由朱英國(guó)院士領(lǐng)導(dǎo)的小組所發(fā)現(xiàn)的Rf6結(jié)構(gòu)單元發(fā)生重復(fù)，則是該領(lǐng)域內(nèi)的一項(xiàng)重要新發(fā)現(xiàn)，這為研究PPR基因家族開(kāi)辟了新的方向。隨后，研究小組又把目光聚焦在Rf6的育性恢復(fù)分子機(jī)理上，并通過(guò)現(xiàn)代分子生物學(xué)手段，鑒定出了RF6的重要分子互作蛋白OsHXK6，發(fā)現(xiàn)RF6是以獨(dú)立于RF5的分子復(fù)合體恢復(fù)紅蓮型雜交水稻不育性的。
據(jù)悉，近年來(lái)，紅蓮型雜交水稻生產(chǎn)上被大面積推廣應(yīng)用，在東南亞國(guó)家表現(xiàn)優(yōu)異，朱英國(guó)院士帶領(lǐng)的研究團(tuán)隊(duì)成果不斷，其中“紅蓮型新不育系珞紅3A與超級(jí)稻珞優(yōu)8號(hào)的選育和利用”獲2013年湖北省科技進(jìn)步特等獎(jiǎng)，并先后克隆了三個(gè)育性基因：orfH79，Rf5和Rf6，應(yīng)用于實(shí)踐，形成了基礎(chǔ)、應(yīng)用研究和產(chǎn)業(yè)化緊密結(jié)合的完整體系，成為了我國(guó)雜交水稻研究的典范。
紅蓮型雜交水稻恢復(fù)基因Rf6的育性恢復(fù)分子機(jī)理模型
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