开发对多种物种有效的雄性不育系统对于在不同植物中生产杂交种子至关重要，特别是对于没有克隆的雄性不育基因的植物。在这里，我们确定了玉米雄性不育基因ZmMs7的转录调控机制，从而开发了占主导地位的雄性不育系统，该系统被证明对玉米，水稻和拟南芥有效。与当前的雄性不育系统相比，该系统具有潜在的优势，例如利用单个转基因盒，在不同遗传背景下雄性不育的高度稳定性以及产生荧光转基因和正常颜色的非转基因F1可在禁止或允许转基因作物种植的不同国家灵活使用的杂交种子。因此，这是一种简单，具有成本效益且可多次应用的生物技术。

 

2020年9月9日，袁隆平团队、北京科技大学化学与生物工程学院、融合创新研究院、生物前沿技术与应用研究中心万向元教授团队于PNAS发表题为“Molecular regulation of ZmMs7 required for maize male fertility and development of a dominant male-sterility system in multiple species”的研究论文，揭示了玉米雄性育性所需ZmMs7的分子调控及多物种显性雄性不育系统的发育。

 

ZmMs7在我们实验室被克隆并通过功能互补验证。为了进一步证实其在控制雄性不育中的作用，利用CRISPR-Cas9系统构建了4个ZmMs7基因敲除株系。与野生型（WT）相比，所有Cas9-ZmMs7基因敲除系均表现出完全的雄性不育性，没有花药施展，成熟期皱缩的花药缺少花粉粒，这与ms7-6007突变体相似，说明ZmMs7是玉米雄性育性所必需的。

图1：通过CRISPR-Cas9方法生成的WT，ms7-6007突变体和ZmMs7敲除品系的表型和细胞学比较

 

像许多PHD指状蛋白一样，ZmMs7没有DNA结合域.为了了解ZmMs7是如何调控其靶基因的，通过酵母双杂交方法筛选其相互作用因子。由于ZmMs7的C-端结构域具有自激活活性，因此以N-端（氨基酸1～358）为诱饵进行Y2H分析。共获得130个阳性克隆，其中4个NF-Y蛋白被证实与ZmMs7相互作用，包括ZmNF-YA6、ZmNF-YC9、ZmNFYC12和ZmNF-YC15。为了验证这些蛋白质间的相互作用，在玉米原生质体中进行了Co-IP试验，结果表明ZmMs7与植物细胞中的NF-YA6和NF-YC9/12/15亚基有物理联系。由于NF-Y TFs被报道形成由NF-YA、NF-YB和NF-YC亚基组成的异三聚体复合物，因此通过Y2H、Co-IP和BiFC分析来测试NF-YA和NF-YC亚基之间的相互作用。结果表明，NF-YA6可与酵母细胞和植物细胞中的三个NF-YC9/12/15亚基相互作用。接下来，为了找出NF-Y配合物的NFYB对应物，我们在候选NF-YBs和ZmMs7、NF-YA6和NF-YC9/12/15之间进行了Y2H筛选。在玉米的18个NF-YB成员中，NFYB2被发现与NF-YC9/12/15相互作用，但与NFYA6和ZmMs7没有相互作用。除NF-YB2外，发现NF-YB10与NF-YC15相互作用，但与NF-YC9/12无相互作用。因此，我们选择NF-YB2进行进一步研究研究。

图2：ZmMs7与ZmNF-Y亚基的相互作用

通过玉米花药特异启动子p5126在玉米中提早3-5天表达ZmMs7基因，可显著改变负责花药和花粉发育的基因表达网络，从而导致完全显性不育；进一步利用p5126-ZmMs7基因元件，成功构建了一个在玉米、水稻和拟南芥中通用型的显性不育技术体系。通用型雄性不育系统的建立对植物的杂交制种非常重要，特别是对于至今还没有克隆雄性不育及其恢复基因的植物更有应用价值。

参考文献

【1】M.Tester, P. Langridge, Breeding technologies to increase crop production in a

changing world. Science 327, 818–822 (2010).

【2】X.Wan et al., Maize genic male-sterility genes and their applications in hybrid

breeding: Progress and perspectives. Mol. Plant 12, 321–342 (2019).

【3】L.Chen, Y.-G. Liu, Male sterility and fertility restoration in crops. Annu. Rev. Plant Biol.65, 579–606 (2014).

原文链接：https://www.pnas.org/content/early/2020/09/08/2010255117

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