导读：华南农业大学传来好消息：该校生命科学学院庄楚雄研究员课题组在世界上率先成功克隆了水稻光温敏核不育基因。近日，亚洲影响因子最大的生命科学杂志Cell Research在线发表了这一成果。据悉，该成果代表着我国在杂交稻分子基础研究领域的重大突破。
新学期伊始，华南农业大学传来好消息：该校生命科学学院庄楚雄研究员课题组在世界上率先成功克隆了水稻光温敏核不育基因。近日，亚洲影响因子（国际通行的期刊评价指标，影响因子越大，期刊影响力越大）最大的生命科学杂志Cell Research在线发表了这一成果。据悉，该成果代表着我国在杂交稻分子基础研究领域的重大突破。
缘起?杂交稻尚有许多未知特性
提到杂交水稻，就不能不提到袁隆平院士。1964年，袁院士首先提出，培育“不育系、保持系、恢复系”三系法利用水稻杂交优势的设想并进行科学实验。之后，袁院士又提出“两系”杂交的设想，即将不育系和保持系合成一个材料，从而使得不育系既可以作为杂交母本，又可以自己繁殖，从而简化了繁种制种程序，降低了杂交种子生产成本。
1973年，我国水稻育种专家石明松发现了光敏水稻品种“农垦58S”（所谓光敏，是针对日照长短而言，日照长于14个小时，该水稻品种即为不育）。后来，国家杂交水稻工程技术研究中心的罗孝和研究员以“农垦64S”为供体，以“培矮64”为受体，通过常规遗传学方法选育成新型水稻品种“培矮64S”。“培矮64S”是一种温敏水稻品种，即当温度高于23.5°C时，该水稻品种是不育的；低于23.5°C时，该品种是可育的。“培矮64S”虽然由“农垦58S”转育而来，但它却表现出温敏不育特性而非光敏不育特性。这种特性差异来源于哪，是否由相同的基因控制，以及它们的分子调控机制有何异同，这一系列重要问题一直不清楚。而此次，庄楚雄研究员课题组成功克隆了水稻光温敏核不育基因，就有助于解决上述问题。
影响?有助于缩短育种筛选时间
世界上首头克隆羊“多莉”，曾带给世人巨大震撼。在植物学领域，如今成功克隆水稻的这一基因意味着什么？庄楚雄说，不同于传统意义上的细胞克隆和无性繁殖，今天的“克隆”涵盖了更多的含义。在分子生物学领域，“克隆了某一基因意味着完全掌握了该基因的特征和性能”，也就是说，刚刚发布的这项研究成果意味着课题组已经完全掌握了水稻光温敏核不育基因的特性，这在分子生物学和育种学上都有重要的意义。
在育种学上，此次研究成果同样具有重大影响：首先，该成果有利于帮助育种家加快育种进程。有了此次克隆出的控制温敏的基因，育种家便可以用分子标记的手段对基因进行筛选。“分子标记筛选类似于‘亲子鉴定’，也就是通过某种技术手段把基因的信息转化成可检测的图像信息，而不同个体之间的DNA信息是有差异的，通过对比其差异便可进行选择。”庄楚雄教授说。分子标记手段有助于开展“分子设计育种”，从而大大增强育种的目的性。
其次，目前广为应用的“培矮64S”存在一个明显的问题，即随着种植时间的增加，该品种的“不育起点温度”逐年增加，给育种带来了很大的风险，而导致这一问题的原因尚不清楚。该成果有助于确认控制水稻温敏性状的具体基因序列，借助分子生物学手段，有助于解决“培矮64S”不育起点温度逐年增高的问题，使其育种价值大大提高。
Photoperiod- and thermo-sensitive genic male sterility in rice are caused by a point mutation in a novel noncoding RNA that produces a small RNA
Hai Zhou, Qinjian Liu, Jing Li, Dagang Jiang, Lingyan Zhou, Ping Wu, Sen Lu, Feng Li, Liya Zhu, Zhenlan Liu, Letian Chen, Yao-Guang Liu and Chuxiong Zhuang
Photoperiod- and thermo-sensitive genic male sterility (PGMS and TGMS) are the core components for hybrid breeding in crops. Hybrid rice based on the two-line system using PGMS and TGMS lines has been successfully developed and applied widely in agriculture. However, the molecular mechanism underlying the control of PGMS and TGMS remains obscure. In this study, we mapped and cloned a major locus, p/tms12-1 (photo- or thermo-sensitive genic male sterility locus on chromosome 12), which confers PGMS in the japonica rice line Nongken 58S (NK58S) and TGMS in the indica rice line Peiai 64S (PA64S, derived from NK58S). A 2.4-kb DNA fragment containing the wild-type allele P/TMS12-1 was able to restore the pollen fertility of NK58S and PA64S plants in genetic complementation. P/TMS12-1 encodes a unique noncoding RNA, which produces a 21-nucleotide small RNA that we named osa-smR5864w. A substitution of C-to-G in p/tms12-1, the only polymorphism relative to P/TMS12-1, is present in the mutant small RNA, namely osa-smR5864m. Furthermore, overexpression of a 375-bp sequence of P/TMS12-1 in transgenic NK58S and PA64S plants also produced osa-smR5864w and restored pollen fertility. The small RNA was expressed preferentially in young panicles, but its expression was not markedly affected by different day lengths or temperatures. Our results reveal that the point mutation in p/tms12-1, which probably leads to a loss-of-function for osa-smR5864m, constitutes a common cause for PGMS and TGMS in the japonica and indica lines, respectively. Our findings thus suggest that this noncoding small RNA gene is an important regulator of male development controlled by cross-talk between the genetic networks and environmental conditions.
