PNAS:武汉大学朱英国院研究组发表红莲型杂交水稻研究进展

摘要 : 11月17日，国际权威学术刊物《PNAS》上在线发表武汉大学生命科学学院杂交水稻国家重点实验室朱英国院士课题组在植物恢复基因的克隆与分子机理上取得突破研究成果

11月17日，国际权威学术刊物《PNAS》上在线发表武汉大学生命科学学院杂交水稻国家重点实验室朱英国院士课题组在植物恢复基因的克隆与分子机理上取得突破研究成果，论文题目为“Pentatricopeptide-repeat family protein RF6 functions with hexokinase 6 to rescue rice cytoplasmic male sterility”，研究克隆了红莲型杂交水稻恢复基因Rf6并鉴定了其重要的分子互作蛋白OsHXK6。黄文超研究员与余长春博士并列论文第一作者，朱英国院士为通讯作者。

雄性不育是植物界的普遍现象，据统计，超过150种植物具有雄性不育现象，这种不育现象可被恢复基因所恢复正常。雄性不育/育性恢复系统是当前主要农作物如水稻、小麦、玉米、高粱和油菜等利用杂种优势生产杂交种的基础。杂交水稻分为三系和两系，在三系杂交水稻中，袁隆平院士的野败型、武汉大学的红莲型和日本的包台型是国际公认的三种主要雄性不育类型。红莲型杂交水稻具有两对恢复基因，分别为Rf5和Rf6。前期，武汉大学生命科学学院副教授胡骏研究发现：Rf5定位于第10号染色体，与包台型水稻Rf1A为同一恢复基因，是通过与GRP162相互作用形成分子复合体，加工不育基因转录本atp6-orfH79，从而恢复红莲型杂交水稻不育性，该成果于2012年发表在国际权威学术刊物Plant Cell上，影响很大。

2003年，在朱英国院士的指导下，武汉大学生命科学学院黄文超博士开始研究Rf6，发现红莲型杂交水稻中单独存在Rf5或Rf6时，恢复度为50%，当Rf5和Rf6都存在时，恢复度则为75%，结实率更稳定。进一步把Rf6定位于第8号染色体，并用了近6年的时间最终克隆了该基因。研究发现Rf6不但能恢复红莲型，而且也能恢复包台型。虽然Rf6也属于PPR基因家族，但该基因是一个很特殊的PPR新基因，因为Rf6的第3、4 和5三个PPR串联结构单元发生了一次重复，从而具备恢复功能，若由这三个PPR串联的结构单元未发生重复，则不具备恢复功能。PPR基因是植物体内一个庞大的基因家族，在该领域，目前的研究主要集中在PPR结构单元的点突变上。由朱英国院士领导的小组所发现的Rf6结构单元发生重复，则是该领域内的一项重要新发现，这为研究PPR基因家族开辟了新的方向。随后，研究小组又把目光聚焦在Rf6的育性恢复分子机理上，并通过现代分子生物学手段，鉴定出了RF6的重要分子互作蛋白OsHXK6，发现RF6是以独立于RF5的分子复合体恢复红莲型杂交水稻不育性的。


红莲型杂交水稻恢复基因Rf6的育性恢复分子机理模型

原文链接：

Pentatricopeptide-repeat family protein RF6 functions with hexokinase 6 to rescue rICE cytoplasmic male sterility

原文摘要：

Cytoplasmic male sterility (CMS) has been extensively used for hybrid seed production in many major crops. Honglian CMS (HL-CMS) is one of the three major types of CMS in rice and has contributed greatly to food security worldwide. The HL-CMS trait is associated with an aberrant chimeric mitochondrial transcript, atp6-orfH79, which causes pollen sterility and can be rescued by two nonallelic restorer-of-fertility (Rf) genes, Rf5or Rf6. Here, we report the identification of Rf6, which encodes a novel pentatricopeptide repeat (PPR) family protein with a characteristic duplication of PPR motifs 3–5. RF6 is targeted to mitochondria, where it physically associates with hexokinase 6 (OsHXK6) and promotes the processing of the aberrant CMS-associated transcript atp6-orfH79 at nucleotide 1238, which ensures normal pollen development and restores fertility. The duplicated motif 3 of RF6 is essential for RF6-OsHXK6 interactions, processing of the aberrant transcript, and restoration of fertility. Furthermore, reductions in the level of OsHXK6 result in atp6-orfH79 transcript accumulation and male sterility. Together these results reveal a novel mechanism for CMS restoration by which RF6 functions with OsHXK6 to restore HL-CMS fertility. The present study also provides insight into the function of hexokinase 6 in regulating mitochondrial RNA metabolism and may facilitate further exploitation of heterosis in rice.

doi: 10.1073/PNAS.1511748112

作者：朱英国

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