太谷核不育基因功能及其不育机制的深入研究

wheat is one of the most important food crop worldwide. Along with the rapid growth global population, major improvements in wheat yield is vital to ensuring global food security. Nowadays, fertilizer use and the research of anti-resistance enhance could only improve wheat yield in a small scale. The applications of hybrid vigor and new male-sterile lines are the most promising options to increasing wheat yield. Therefore, understanding the wheat male-sterile machenism, and identifying more wheat male-sterile genes are crucial for wheat yield improvements. Taigu genic male-sterile wheat is an exclusive dominant male-sterile wheat material in China. The causal gene Ms2 has been cloned recently, but the function and the male-sterile machenism of MS2 remain unclear. Our study will construct the wheat anther development regulatory network through the in-depth study of Ms2 gene function and its downstream genes. These results will be the theoretical basis for the application of male-sterile genes in wheat production.

小麦是世界上最重要的粮食作物之一，随着世界人口的增加，提高小麦产量已成为保障全球粮食安全的关键。目前农药化肥利用、抗逆抗病性增强等研究已经不能大幅提高小麦产量，创制新型杂交系统，使杂种优势得以充分利用已成为提升小麦产量最可行的途径。因此深入了解小麦不育基因的作用机制，发掘更多可供利用的小麦不育基因无疑将成为提高小麦产量的关键。太谷核不育小麦是我国特有的显性雄性不育小麦材料，目前太谷核不育基因已经被成功克隆，其具体蛋白功能及作用机制仍然值得继续深入研究。本研究希望通过对Ms2基因及其下游基因的研究，探索小麦花药发育调控网络，为更多雄性不育基因在生产上的应用提供理论基础。

小麦太谷核不育基因Ms2是我国优异和珍贵的小麦基因资源，该基因在小麦育种中的应用极大地加快了小麦新品种的育成效率，创造了巨大的经济效益。前期图位克隆到了太谷核不育基因Ms2，沉默的Ms2基因由于TRIM转座子的插入在花药中被特异表达，导致花药败育。但由于Ms2编码一个未知功能的蛋白，该蛋白激活后究竟如何导致小麦花药败育，其分子机制尚不清楚。在本研究中发现Ms2蛋白可以与活性氧（ROS）调节蛋白TaRomo1在线粒体上发生物理互作，促使TaRomo1由活性单体向丧失活性的多聚体转换，从而显著降低太谷核不育小麦花药中的ROS水平，最终造成花药败育。另外，在愈伤组织中表达Ms2蛋白同样会降低ROS水平，导致愈伤组织的芽再生过程受到抑制。本研究揭示了激活表达的Ms2蛋白导致太谷核不育小麦花药败育的分子机制，突出了ROS信号在小麦花药发育早期的重要作用，并发现了Ms2参与的植物ROS信号调控新机制，这对研究ROS在植物发育中的生物学作用具有重要科学意义。