唐晓艳/邓兴旺团队合作鉴定新的水稻花粉发育调控基因

来源：BioArt植物

植物花粉外壁含有复杂的脂肪族脂质和酚类生物聚合物，前人研究显示脂类物质的代谢合成对花粉发育极其重要。虽然GDSL酯酶/脂肪酶已被报道在植物的生长发育和各种胁迫响应过程中都具有重要功能，但其在水稻花粉发育中的功能尚不清楚。

近日，华南师范大学唐晓艳课题组联合深圳市作物分子设计育种研究院和南方科技大学邓兴旺教授团队在JIPB在线发表题为“GDSL esterase/lipases OsGELP34 and OsGELP110/OsGELP115 are essential for rice pollen development”的研究论文。该研究通过筛选水稻EMS诱变突变体库，同时结合RNA-seq和CRISPR定点基因敲除技术，鉴定并详细分析了三个调控花粉外壁发育的新基因OsGELP34、OsGELP110和OsGELP115，编码GDSL酯酶/脂肪酶蛋白，都属于GDSL-like家族。

OsGELP34基因的克隆与功能验证

该研究通过筛选水稻EMS突变体库获得一个雄性不育突变体osgelp34，其花粉外壁发育异常，多个花粉发育关键调控基因的表达受到影响。OsGELP34基因编码一个内质网定位的蛋白，主要在花粉外壁形成时期的花药中表达。另外，通过花药发育过程的转录组分析，本研究鉴定到另外一个在花粉母细胞减数分裂时期高表达的GDSL-like基因OsGELP110，通过同源序列比对发现 OsGELP110还有一个高度同源的基因OsGELP115。OsGELP110和OsGELP115基因与OsGELP34基因的序列差异较大，进化关系较远。与OsGELP34不同，OsGELP110和OsGELP115蛋白都定位于过氧化物体中。单独敲除OsGELP110或OsGELP115基因都不会影响雄性育性；同时敲除OsGELP110和OsGELP115基因则影响花粉外壁发育，导致植株出现完全雄性不育。osgelp34突变体与osgelp110/osgelp115双突变体都表现出雄性不育，但它们的花药表现为不同的发育缺陷，表明OsGELP34、OsGELP110和OsGELP115都是调控水稻花粉外壁发育的关键因子，而它们在花粉外壁发育过程中可能催化不同的底物。该研究不仅揭示了GDSL酯酶/脂肪酶在水稻花粉发育中的功能，同时也为杂交水稻育种提供了新的雄性不育系基因资源。

OsGELP110和OsGELP115基因影响花粉发育

唐晓艳课题组与邓兴旺教授团队近年来致力于“广三系”杂交水稻育种技术的研发与应用，OsNP1是第一个应用于广三系技术的核不育基因（PNAS, 2016）。随后，该团队又鉴定出一系列新的核不育基因，相关研究成果也于近期陆续发表。唐晓艳教授团队已毕业硕士张慧慧、博士后王梦龙和硕士研究生李伊琪为本论文的共同第一作者，唐晓艳教授、邓兴旺教授和许纯珏博士为共同通讯作者。

原文链接：

https://www.pnas.org/content/early/2020/02/07/1912434117