来源 :隆平高科2025-02-10
2月7日，隆平高科副总裁、水稻首席专家杨远柱团队和中国科学院遗传与发育生物学研究所曹晓风团队合作，在具有高水平的前沿研究报告、学术评论、学科回顾及前瞻学术论文报道和出版的PNAS周刊上，发表题为“tRNA selectivity during ribosome-associated quality control regulates critical sterility-inducing temperature in two-line hybrid rice”的研究论文，揭示核糖体相关质量控制（RQC）关键成员OsRqc2通过选择性结合tRNA调控tms5依赖型温敏不育系转育起点温度（CSIT）的分子机制。
两系杂交稻是实现水稻杂种优势利用的关键途径，极大推动了杂交水稻的发展。目前，超过95%的温敏两系杂交稻组合都是由含有温敏雄性不育基因tms5的不育系配组而成，这凸显了tms5在两系法杂交稻育种中的核心地位。温敏雄性不育系的转育起点温度(critical sterility-inducing temperature，CSIT)是雄性育性从可育转变为不育的临界温度，是保障两系杂交水稻制种安全的关键因素。然而，随着全球极端天气趋于常态化，杂交制种过程中遭遇低温天气的概率增加，可能导致制种失败，造成巨大的经济损失，从而限制两系杂交水稻的进一步发展。
前期，曹晓风团队和华南农业大学庄楚雄团队合作，成功克隆了TMS5基因，该基因编码保守的核糖核酸酶RNase ZS1 (Zhou et al., 2014, Nature Commun)。近期，杨远柱团队联合中国科学院遗传发育所曹晓风团队和陈宇航团队进一步揭示了TMS5作为tRNA环磷酸酶，通过修复2′,3′-环磷-tRNA调节tRNA的循环，进而调控水稻温敏雄性不育的分子机制(Yan et al., 2024, Cell Res)。此外团队还揭示了E3泛素连接酶OsHel2通过阻碍停滞核糖体上mRNA的通读，调节温敏雄性不育水稻的育性转换的分子机制(Liu et al., 2024, Plant Commun)。然而，tms5依赖的温敏不育系转育起点温度调控的分子网络仍有需进一步阐明。
研究团队通过EMS诱变筛选获得一个中高温下可以恢复株1S (国内配制杂交早稻品种最多的温敏核不育系，携带tms5突变位点)育性抑制子sot4，将转育起点温度从23℃升至 25℃。遗传分析及同源比对显示SOT4编码的蛋白和酵母中Rqc2p为同源蛋白，因此将其命名为OsRqc2。抑制子sot4 (tms5 osrqc2-1)点突变(C-T)发生在其CC2 (coiled-coil 2)结构域上，导致其第552位Thr突变为Ile。遗传实验及体内生化实验证明OsRqc2参与调控tms5突变体转育起点温度。T552I突变使其结合tRNA-Ala/Thr能力变强，而结合tRNA-Ser/Ile能力减弱，进而导致其添加CATylation (C-terminal alanine and threonine modification)的速率变慢。抑制子tms5 osrqc2-1通过部分恢复体内成熟tRNA-Ser/Ile水平，提高了tms5突变体育性转育起点温度。该研究不仅为解析不同物种中CATylation的分化差异提供了实验证据，也为通过改造OsRqc2的CATylation能力以实现降低育性转育起点温度的新视角。
曹晓风研究组博士研究生周灿，副研究员刘春艳和助理研究员晏斌为该论文第一作者。曹晓风研究员和杨远柱研究员为共同通讯作者。北京市农林科学院副研究员孙婧，中国科学院遗传发育所钱文峰研究员、汪迎春研究员、宋显伟研究员和黄夏禾工程师，隆平高科种业科学院符辰建正高级农艺师、秦鹏正高级农艺师，符星学高级农艺师、吴亚先高级农艺师和赵新辉等参与了本研究。本研究得到了农业农村部重大项目、科技部重点研发项目、国家自然科学基金和中国科学院先导项目资助。
