近日，拉斯维加斯3499cc生命科学学院鲍依群课题组在植物学国际权威期刊New Phytologist在线发表了题为“OsZNHIT3 functions as a transcriptional activator to regulate tapetal programmed cell death and exine formation in rice”的研究论文，揭示了水稻雄性核不育调控的新机制，并为遗传改良提供了潜在靶点。
水稻的雄性发育是一个高度协调的过程，绒毡层的发育与程序性死亡（PCD）是保障花粉正常发育的关键。该研究发现的EMS诱变突变体exa1表现为雄性不育。exa1的花粉败育，绒毡层程序性死亡（PCD）延迟，花粉外壁的结构异常。
图1.exine abnormal 1 (exa1)突变体的花药和花粉发育异常
结合图位克隆与MutMap分析，研究团队发现EXA1编码一个Zinc finger-HIT（Zf-HIT）家族蛋白OsZNHIT3。该蛋白在水稻花药绒毡层和发育小孢子中高度表达。在酵母和哺乳动物中，Zf-HIT家族蛋白已被报道广泛参与染色质重塑、小核仁RNP组装等过程，但其植物中的功能研究较少。进一步研究表明，水稻EXA1蛋白定位于细胞核和胞质，并通过其保守的、尚未被定义的C端结构域在体内外发挥转录激活作用。
已有研究表明，多个转录因子（如TDR、MYB80、PTC1和EAT1等）共同调控绒毡层细胞PCD及花粉壁形成，但其调控网络尚不完善。转录组分析显示，在exa1突变体中，调控绒毡层PCD的关键转录因子PTC1和EAT1及其下游基因表达显著下调；通过在exa1背景下表达pEXA1:PTC1或pEXA1:EAT1，可部分恢复花药外观、花粉形态及花粉外壁结构。这些结果表明，EXA1可能位于PTC1和EAT1上游，参与调控绒毡层PCD与花粉壁形成。
图2.EXA1遗传定位于PTC1和EAT1的上游
综上，该研究进一步深化了对水稻雄性发育转录调控网络的理解，并为Zf-HIT蛋白参与植物生殖发育提供了直接证据。
拉斯维加斯3499cc生命科学学院博士研究生王旺与刘峰副教授为该论文的共同第一作者，鲍依群教授为通讯作者。该研究得到了生物育种国家重大科技项目，国家自然科学基金项目，国家重点研发计划等项目资助。
文章链接：http://doi.org/10.1111/nph.70366
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