The Crop Journal | 华中农业大学棉花团队提出应对高温雄性不育潜在措施

全球变暖引起的高温天气对农作物产量造成重大影响。棉花是夏季种植作物，高温天气极易引起棉花雄性不育而导致减产，因此挖掘高温抗性基因资源、探究高温不育机理、培育高抗品种以及制定应对高温雄性不育相应的栽培措施对作物安全生产具有重大意义。

华中农业大学棉花团队在前期研究中分析了温敏材料‘H05’的转录组数据，发现高夜温处理对雄性生殖器官的影响要大于高日温处理。在高夜温处理下，36,806个基因出现了差异表达，且这些差异表达基因主要涉及脂肪酸和茉莉酸代谢。其中参与脂肪酸代谢和茉莉酸代谢的乙酰辅酶A氧化酶基因（GhACO2）和丙二烯环化氧化酶基因（GhAOC2），高夜温处理时在敏温材料不同发育时期的花药中有不同程度的下调表达（Khan et al., 2020）。

近日，该研究团队发现，在敏高温材料中敲除丙二烯环化氧化酶基因（GhAOC2）后花药中茉莉酸含量下降，活性氧显著积累，导致小孢子发育异常、花粉失活、花药不开裂。外施茉莉酸可恢复突变体雄性育性并降低花药中活性氧的含量，从而保护了高温下小孢子和花粉不被毒害，同时可影响花药壁木质素的合成，促进花药壁的次生加厚及开裂（图1）。该研究结果以“High-temperature stress suppresses allene oxide cyclase 2 and causes male sterility in cotton by disrupting jasmonic acid signaling”为题在线发表于The Crop Journal上。

外施茉莉酸可使GhAOC2的突变体转育。依此原理，研究团队在高温来临时对敏温材料“H05”进行合适浓度的茉莉酸喷施，发现可显著提高其雄性育性（图2），为克服高温危害提供了潜在措施（专利：CN202110014741.5）。

作者和基金项目

华中农业大学植物科学技术学院博士后Aamir Hamid Khan为该文第一作者，闵玲副教授为通信作者，华中农业大学张献龙教授、朱龙付教授参与了研究设计和文章修改。该研究得到国家自然科学基金项目(32072024)、中央高校基本科研业务费专项资金(2021ZKPY019)、国家重点研发计划项目(2016YFD0101402、2018YFD0100403)的资助。华中农业大学棉花团队闵玲课题组主要从事棉花高温雄性不育及耐高温种质创制方面的研究工作。该课题组已在Plant Cell、New Phytologist、Plant Biotechnology Journal、Plant Physiology、Plant Journal、Journal of Experimental Botany等学术期刊上发表多篇高水平论文。

参考文献

A. H. Khan, L. Min, Y. Ma, Y. Wu, Y. Ding, Y. Li, S. Xie, A. Ullah, M. Shaban, H. Manghwar, M. Shahid, Y. Zhao, C. Wang, X. Zhang, High day and night temperatures distinctively disrupt fatty acid and jasmonic acid metabolism, inducing male sterility in cotton, J. Exp. Bot. 71 (2020) 6128–6141.

转自：植物生物技术Pbj

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