細(xì)胞質(zhì)雄性不育是十字花科蔬菜作物雜種優(yōu)勢利用的重要途徑，如芥菜、青花菜、蘿卜和白菜等，目前許多國外進(jìn)口的十字花科蔬菜作物優(yōu)秀商業(yè)品種大多為細(xì)胞質(zhì)雄性不育雜交一代品種。課題組前期研究發(fā)現(xiàn)細(xì)胞核基因MSH1通過介導(dǎo)線粒體基因ORF220亞化學(xué)計(jì)量變化（拷貝數(shù)變化）控制細(xì)胞質(zhì)雄性不育的發(fā)生（Journal?of?Experimental?Botany，2016）。然而，細(xì)胞質(zhì)雄性不育雜交種限制了基于自交分離的種質(zhì)創(chuàng)新，尤其是國內(nèi)種質(zhì)資源缺乏的作物，如青花菜等，嚴(yán)重影響了其種質(zhì)創(chuàng)新和新品種選育進(jìn)程，屬于蔬菜種業(yè)領(lǐng)域典型的“卡脖子”技術(shù)。

近日，國際知名雜志Plant?Cell&Environment在線發(fā)表了浙江大學(xué)農(nóng)業(yè)與生物技術(shù)學(xué)院楊景華教授題為“MutS?HOMOLOG1?mediates?fertility?reversion?via?ORF220?substoichiometric?shifting?from?cytoplasmic?male?sterility”研究論文。

該研究發(fā)現(xiàn)芥菜細(xì)胞質(zhì)雄性不育系在沒有花粉授粉情況下MSH1基因下調(diào)表達(dá)導(dǎo)致不育系花蕾中ORF220的拷貝數(shù)變化，繼而發(fā)生育性回復(fù)突變（Spontaneous?fertility?reversion），產(chǎn)生育性回復(fù)突變體（Revertant），其育性完全正常，但不能恢復(fù)不育系的育性（不同于傳統(tǒng)的恢復(fù)系），自然情況下育性回復(fù)突變頻率極低。當(dāng)沉默表達(dá)MSH1基因后，不育系花蕾中ORF220的拷貝數(shù)變化更加明顯，其育性回復(fù)突變頻率顯著提升。通過比較不育系中早期和中后期花蕾的全基因組水平上的基因表達(dá)，發(fā)現(xiàn)授粉信號導(dǎo)致的碳水化合物代謝與轉(zhuǎn)運(yùn)、激素代謝和花發(fā)育相關(guān)基因表達(dá)差異是育性回復(fù)突變發(fā)生的重要原因。該研究闡明了細(xì)胞核基因MSH1通過調(diào)控細(xì)胞質(zhì)雄性不育基因ORF220亞化學(xué)計(jì)量變化（拷貝數(shù)變化）介導(dǎo)育性回復(fù)突變的機(jī)制，找到了細(xì)胞質(zhì)雄性不育系育性轉(zhuǎn)換的“開關(guān)”。該研究突破了對細(xì)胞質(zhì)雄性不育系雜交種的種質(zhì)創(chuàng)新的瓶頸，具有重要的科學(xué)和應(yīng)用價(jià)值，同時有望拓展到其他國內(nèi)缺乏種質(zhì)資源的重要十字花科蔬菜作物的種質(zhì)創(chuàng)新。

趙娜博士為該論文的第一作者，楊景華教授為該論文通訊作者，團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人張明方教授指導(dǎo)了本研究，美國賓州州立大學(xué)Sally?Mackenzie教授和Xiaodong?Yang博士參與了本研究。上述研究得到了國家自然科學(xué)基金和浙江大學(xué)植物精準(zhǔn)育種研究院等項(xiàng)目資助。