上海交大****PNAS杂交水稻新技术

　　

生物通报道  来自上海交通大学生命科学技术学院、上海烈冰信息科技有限公司等处的研究人员在新研究中证实利用一种光照控制的雄性不育系：水稻花粉碳饥饿突变体（Carbon Starved Anther，CSA）的突变，可生成用于杂交水稻制种的新光敏核雄性不育系。相关成果发表在《美国科学院院刊》（PNAS）上。

上海交通大学****张大兵教授和生命科学与技术学院副教授梁婉琪为这篇文章的共同通讯作者。

水稻是世界上消费量最大的禾谷类作物，是最廉价和最丰富的食物能量和蛋白质来源之一，是亚洲大多数人口的主要食品，养活了一半以上的世界人口。籼稻和粳稻是水稻的两个主要栽培亚种。杂交水稻以被证实一种显著提高粮食产量的有效策略。当前杂交水稻技术主要依赖于雄性不育系，一直以来主要用于籼稻品种。然而实施这些技术存在一些内在的问题，例如有限的种质和从不育到生育转变的不可预测性。

在这篇文章中，研究人员描述了一种光照控制的雄性不育系：水稻花粉碳饥饿突变体CSA，其花粉发育的一个R2R3 MYB转录调控子存在一个突变。研究人员证实将这一突变介导到籼稻和粳稻中，它能够在短日照（short-day）条件下赋予雄性不育，在长日照条件下赋予雄性生育。此外，F1代csa和恢复系JP69显示出杂种优势，表明利用这一突变生成杂交水稻具有可行性。

这一以csa为基础的光敏雄性不育系为我们建立了一个稳定的两系杂交系统，将对农业产生重大的影响。

张大兵教授研究组长期从事水稻遗传学、花器官和花药形成分子基础以及分子辅助育种等研究工作，取得了大量突破性的成果。今年，其课题组还发现了一种成束蛋白（fasciclin）糖蛋白：MICROSPORE AND TAPETUM REGULATOR1 (MTR1)，在调控水稻（Oryza sativa）孢子和生殖细胞发育过程中的关键作用。

这种MTR1蛋白能在雄性生殖细胞中特异性表达，但它的突变会带来绒毡层，小孢子发育的缺陷，引起雄性不育。研究人员还发现正常的花药发育与花粉繁殖能力，也需要MTR1蛋白成束结构域，N-glycolation，以及N末端信号多肽介导的质膜定位。

这项研究数据表明，水稻雄性生殖细胞能分泌MTR1蛋白，用以调控生殖细胞和相邻体细胞的发育，从而提出了一种植物雄性生殖发育的新机制。相关成果公布在Developmental Cell杂志上。

（生物通：何嫱）

生物通推荐原文摘要：

Mutation in CSA creates a new photoperiod-sensitive genic male sterile line applicable for hybrid rice seed production

ce is a major staple food worldwide. Making hybrid rice has proved to be an effective strategy to significantly increase grain yield. Current hybrid rice technologies rely on male sterile lines and have been used predominantly in indica cultivars. However, intrinsic problems exist in the implementation of these technologies, such as limited germplasms and unpredictable conversions from sterility to fertility in the field. Here, we describe a photoperiod-controlled male sterile line, carbon starved anther (csa), which contains a mutation in an R2R3 MYB transcription regulator of pollen development. This mutation was introduced into indica and japonica rice, and it rendered male sterility under short-day conditions and male fertility under long-day conditions in both lines. Furthermore, F1 plants of csa and a restorer line JP69 exhibited heterosis (hybrid vigor), suggesting the feasibility of using this mutation to create hybrid rice. The csa-based photoperiod-sensitive male sterile line allows the establishment of a stable two-line hybrid system, which promises to have a significant impact on agriculture.

作者简介：

张大兵

教育部****奖励计划特聘教授和国家百千万人才工程、国家杰出青年基金获得者、上海市优秀学科带头人、上海科技启明星、上海市曙光学者、教育部新世纪优秀人才等。

1998年2月于中科院上海植物生理生态研究所获博士学位。 中国植物学会第十三届理事会 植物生理及分子生物学专业委员会委员；上海市生物化学与分子生物学会理事；上海市科学技术委员会技术预见专家；《Journal of Integrative Plant Biology》、《Journal of Plant Physiology》、《Journal of Genetics  & Genomics》、《Journal of  Food Safety & Quality》等期刊编委；上海交通大学Bio-X中心伦理委员会委员。

张大兵教授研究组主要开展水稻遗传学、花器官和花药形成分子基础以及分子辅助育种等研究工作。在控制水稻花和花序分生组织控制、花粉形成功能基因克隆等方面开展了系统地工作，主持了国家杰出青年基金项目、国家自然科学基金重点等 国家和省、部委的研究课题，分离了控制水稻重要农艺性状关键基因FON4（Flower Organ Number 4）、TDR(Tapetum Degradation Retardation)、REP1(Retarded Palea1)、CYP704B2和CSA(Carbon Starved Anther)等 。近年来以通讯作者身份在Plant Cell等期刊上发表论文80多篇。作为第一完成人获得上海市科技进步奖一项。 组织申报教育部“生物技术”特色专业、“生物化学与分子生物学“国家以及上海市重点学科等。

梁婉琪 
 
女，博士，上海交通大学生命科学与技术学院副教授。现阶段主要从事水稻生殖发育、表观遗传调控方面的研究工作。
自1998年以来一直从事植物分子生物学和农业生物技术研究，包括生物反应器、水稻分子标记辅助育种、水稻功能基因组研究等。期间曾主持或参与多项国家和地方的科研项目，如上海市科委基础研究重点项目“基因沉默的分子基础研究”、国家科技部863计划“控制水稻花粉育性的淀粉合成及代谢途径解析”、国家自然基金项目“拟南芥中MIR168a/b基因的表达调控研究”、国家转基因重大专项“一个新的水稻温敏核不育主效基因的克隆和功能验证”等。在近十年间，与所在研究小组的其他成员一起分离了十多个水稻生殖发育阶段的关键基因，以第一作者身份在Plant Cell等期刊上发表多篇高质量研究论文。这些研究工作阐明了水稻生殖发育过程中，花序形态建成、花器官形态建成及数目控制、花药和花粉发育等过程的一些关键步骤的分子机理。作为主要完成人之一的研究成果“主要转基因农产品定性定量检测技术研究”获2004年上海市科学技术进步一等奖，“利用转基因马铃薯研制口蹄疫基因工程亚单位疫苗”2006年获宁夏回族自治区科学进步奖一等奖，2008年获上海交通大学“晨星学者”称号。

教育背景：
1991.9—1995.7 南京大学（中国） 大学/本科
1995.9—1998.6 中国科学院上海植物生理生态研究所 硕士
1998.7—2005.6 上海市农业科学研究院 助理研究员
2001.9—2006.4 中国科学院上海植物生理生态研究所 在职博士
2005.7至今 上海交通大学生命科学技术学院 副教授

研究方向：
1、水稻生殖发育学：研究水稻开花、花序和花器官特征决定及形态建成、雌雄配子发育等过程的分子机制
2、植物表观遗传学：研究植物中microRNA的表达调控机制以及在植物发育过程中的表观遗传调节机制