科學(xué)家找到甘藍(lán)型油菜雄性不育新基因

近日，國(guó)際學(xué)術(shù)期刊《新植物學(xué)家》在線發(fā)表了華中農(nóng)業(yè)大學(xué)作物遺傳改良國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室教授涂金星課題組最新研究成果。他們揭示了兩個(gè)新基因在甘藍(lán)型油菜雄性不育三系育種系統(tǒng)7365ABC中雄性不育的作用機(jī)制。

新基因通常能夠推動(dòng)基因互作網(wǎng)絡(luò)的進(jìn)化，這一過程在生物體中創(chuàng)造出新的遺傳和表型多樣性。甘藍(lán)型油菜雄性不育三系育種系統(tǒng)7365ABC由于其顯著的育種優(yōu)勢(shì)，在中國(guó)油菜育種中被廣泛應(yīng)用。7365ABC由兩個(gè)新基因Bnams4b和BnaMs3控制。這兩個(gè)新基因的相互作用機(jī)制在此之前一直不甚清楚。

該項(xiàng)研究證實(shí)，Bnams4b與核定位E3泛素連接酶基因BRUTUS（BTS）相互作用。AtBTS的異位表達(dá)擬南芥和Bnams4b轉(zhuǎn)基因擬南芥及bts突變體之間的比較表明，Bnams4b可能驅(qū)動(dòng)BTS的易位以引起缺鐵耐性、不育、半不育等毒性缺陷。熱激處理則影響兩種蛋白的互作，使植株恢復(fù)育性。

基于已有的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，論文通訊作者涂金星推測(cè)，新基因Bnams4b在植物體中出現(xiàn)之后，其蛋白與核蛋白BTS互作并攜帶BTS錯(cuò)誤定位到葉綠體，最終導(dǎo)致了一系列的毒性作用。

科研人員為此提出了7365ABC系統(tǒng)中Bnams4b和BnaMs3可能的作用模型。

當(dāng)沒有Bnams4b時(shí)，BTS定位在細(xì)胞核中行使其自身固有的功能，并且葉綠體前體蛋白正常轉(zhuǎn)運(yùn)到葉綠體中。一旦植物含有Bnams4b，它將攜帶核蛋白BTS錯(cuò)誤地到達(dá)葉綠體，之后很可能在葉綠體外膜上，通過直接降解某些前體蛋白或者擾亂正常的泛素-蛋白酶體系統(tǒng)，而影響葉綠體蛋白的轉(zhuǎn)運(yùn)，并最終導(dǎo)致不育表型。適當(dāng)?shù)臒峒ぬ幚硪种艬nams4b與BTS之間的蛋白互作，從而不會(huì)引起B(yǎng)TS的錯(cuò)誤定位，Bnams4b本身不具有影響葉綠體蛋白轉(zhuǎn)運(yùn)的功能，因此無法導(dǎo)致不育表型。

當(dāng)存在BnaMs3時(shí)，未檢測(cè)到Bnams4b轉(zhuǎn)錄和Bnams4b表達(dá)，BnaMs3與Toc33特異性結(jié)合，可能直接向細(xì)胞核發(fā)送信號(hào)抑制Bnams4b轉(zhuǎn)錄，也可能通過某種未知機(jī)制消除蛋白Bnams4b，然后發(fā)送反饋調(diào)節(jié)信號(hào)抑制細(xì)胞核中Bnams4b的轉(zhuǎn)錄，最終，Bnams4b的毒害效應(yīng)被完全消除。