四川农业大学克隆首个参与调控玉米花粉育性的胼胝质合成酶基因

以下文章来源于The Crop Journal ，作者编辑部

玉米是最早成功利用杂种优势的作物。高效、优质杂交种子的规模化生产是保障优良杂交种大面积推广利用的前提。利用不育系做母本生产杂交种子是玉米杂种优势利用研究的重要内容。目前，已有30个玉米细胞核雄性不育基因（genic male sterility，GMS）被克隆，其中大多数参与脂质代谢，少数编码转录因子，而涉及糖代谢的GMS基因鲜有报道。因此鉴定和表征更多参与糖代谢的GMS基因将有助于全面了解玉米雄花发育的调控途径。

近日，四川农业大学玉米研究所曹墨菊教授团队在The Crop Journal在线发表了题为“ZmMS39 encodes a callose synthase essential for male fertility in maize (Zea mays L.)”的研究论文，通过对ms39雄性核不育突变体的关键候选基因进行敲除试验，证实了玉米胼胝质合成酶基因12（ZmCals12）的突变能同时导致雄性不育和植株矮化。

作者通过组织细胞学切片及苯胺蓝染色系统观察了ms39各发育时期花药的显微结构和胼胝质沉积情况，发现突变体花药内二分体和四分体周围的胼胝质含量相较于可育株显著降低（图1）；突变体ms39花药绒毡层的细胞程序化死亡提前，并且花药内的活性氧含量上升（图2）。进一步的细胞学观察还发现，减数分裂时期的绒毡层细胞内自噬体数目增加。RNA-seq和糖分含量分析结果表明，ms39花药的糖代谢紊乱，具体表现在蔗糖的过度分解和葡萄糖的过度积累，参与葡萄糖分解的相关基因下调表达。这些结果暗示，糖代谢基因ZmCals12突变后使花药内糖分含量改变，能量供应短缺，并由此触发绒毡层细胞的自噬行为。研究者通过田间配对杂交试验分析了ms39基因对主要农艺性状杂种优势表现的影响，发现ms39基因对主要农艺性状的杂种优势无明显不良影响，可用于玉米杂交种子的生产。

转自：“植物生物技术Pbj”微信公众号

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