雄性不育使雜交作物育種能夠提高產量並已被廣泛研究。但溫敏雌性不育是一種理想的特性，可以在雜交水稻制種中實現全機械化，但由於缺乏這種種質，很少有人研究它。

2022年9月6日，

香港浸會大學/香港中文大學王冠群，張建華，湖南農業大學葉能輝及加州大學河濱分校陳雪梅共同通訊

在Cell Research （IF=46）線上發表題為“A spontaneous thermo-sensitive female sterility mutation in rice enables fully mechanized hybrid breeding”的研究論文，

報道了一個自然突變的水稻溫敏雌性不育材料，克隆了首個水稻溫敏雌性不育基因，並解析了由其介導的溫敏雌性不育調控的新機制。

該研究將自發性溫敏雌性不育1（tfs1）突變鑑定為ARGONAUTE7 （AGO7） 中的點突變，該突變在常規/高溫下賦予完全不育，在低溫下賦予部分生育力。AGO7與miR390結合形成RNA誘導的沉默複合物（RISC），其透過將基因沉默抑制因子（SGS3）和RNA依賴的RNA聚合酶6（RDR6）募集到TAS3轉錄物來觸發來自TRANS-ACTING3（TAS3）基因座的小干擾RNA （siRNA）的生物發生。這些siRNA被稱為tasiR-ARF，因為它們反式作用以抑制生長素反應因子基因。突變TFS1（mTFS1）蛋白在RISC形成過程中載入miR390/miR390*雙鏈體和彈出miR390*的能力受到損害。此外，由於mTFS1 RISC在常規/高溫下缺乏RDR6而不是SGS3募集，tfs1中的tasR-ARF水平降低，而低溫部分恢復了mTFS1在RDR6募集和tasiR-ARF生物發生中的功能。miR390突變體也表現出雌性不育，表明雌性生育力受miR390-AGO7模組控制。值得注意的是，引入各種優良水稻品種的tfs1等位基因賦予了溫敏性雌性不育性。此外，田間試驗證實了tfs1作為恢復系在雜交水稻制種中的實用性。

雜種優勢或雜交優勢已被廣泛用於提高水稻生產力。可以使用三系或兩系方案生產雜交水稻種子。在雜交種子生產過程中，使用恢復系作為花粉供體。然而，雜交育種系統存在內在問題。由於恢復系必須為雜交提供足夠的花粉，因此需要在雄性不育系附近生長。為了避免自種種子汙染雜交種子，在機械收穫雜交種子之前，需要人工將自種種子從恢復系中去除，從而阻礙了農業實踐中的全面機械化。從理論上講，溫敏雌性不育系是理想的恢復系，可作為雄性不育系的花粉供體以產生雜交種子。然而，這種種質在自然界中仍然很少見。在植物中，由 Dicer樣（DCL）蛋白產生的包括microRNA（miRNA）和小干擾RNA（siRNA）在內的小 RNA與Argonaute（AGO）家族蛋白結合，導致轉錄後或轉錄基因沉默。在miRNA生物發生中，DCL1對含有髮夾結構的單鏈前體RNA進行加工產生 miRNA/miRNA* 雙鏈體，這些雙鏈體被載入到AGO蛋白中以形成前RISC。另一方面，siRNA是長雙鏈RNA（dsRNA）的DCL產物。一種型別的內源性 siRNA是透過長dsRNA的連續切割產生的，稱為定相siRNA或phasiRNA。某些phasiRNA的生物發生涉及 miRISC觸發。例如，AGO7專門載入miR390以在兩個位點（3‘ 和 5’ 位點）靶向非編碼TAS3轉錄物，導致它們在3‘位點切割。AGO7 RISC與TAS3 RNA在5’位點相互作用募集SGS3，進而促進RDR6募集；TAS3 RNA 在3‘ 位點的切割去除了polyA尾，以促進RDR6合成互補鏈。產生的dsRNA然後被DCL蛋白加工成 21-nt phasiRNA，其中一種phasiRNA可以反式靶向生長素反應因子（ARF）轉錄物，被稱為反式作用siRNA（tasiR-ARF）。

透過抑制ARF家族成員，miR390和tasiR-ARF調節許多發育過程，如葉片極性模式、發育時間和側根生長。此外，miR390-TAS3-ARF途徑在陸地植物中高度保守。包括擬南芥、番茄、玉米和水稻在內的植物中的ago7突變體顯示出異常的營養髮育。玉米和水稻ago7突變體在莖尖分生組織維持和葉片極性方面表現出強烈的缺陷，並且通常是幼苗致死的。目前尚不清楚AGO7是否在植物繁殖中起作用，以及其活性是否受水稻溫度的調節。在這裡，該研究報告了編碼AGO7 的TFS1基因中的一個獨特的自發熱敏雌性不育突變，並闡明瞭該突變如何響應溫度以控制雌性不育-生育轉換，而不會導致營養或雄性生殖發育的任何缺陷。田間試驗進一步證實，tfs1顯示出適合雜交水稻制種系統的雌性不育性狀，賦予雜交育種全機械化。

論文連結：

https：//doi。org/10。1038/s41422-022-00711-0