Elucidation of the molecular mechanism of male sterility and fertility restoration in cytoplasmic male sterile tomato

细胞质雄性不育番茄雄性不育及育性恢复分子机制的阐明

基本信息

批准号：
22KJ0363
负责人：
桑原康介
金额：
$ 1.41万
依托单位：
University of Tsukuba
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2023
资助国家：
日本
起止时间：
2023-03-08 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22KJ0363/
关键词：
細胞質雄性不稔性ミトコンドリアトマト花粉稔性回復

项目摘要

トマト細胞質雄性不稔(CMS)を引き起こすCMS原因遺伝子として新規のミトコンドリア遺伝子(orf137)を同定することに成功している(Kuwabara et al., 2022 Plant Physiol.)。トマトCMS系統では、花粉は正常に発達できるが、花粉発芽のみに異常が生じるという雄性不稔形質を示す。詳細に不稔形質を調査するために、花粉発芽に重要な因子であるカルシウムイオンの花粉内部における局在性を調査した。その結果、稔性系統の花粉ではカルシウムイオンが1箇所に強く蓄積して、その部分から花粉発芽する様子が観察された。一方で、トマトCMS系統の花粉では、複数箇所にカルシウムイオンが強く蓄積し、複数箇所から発芽するという異常な形質を示すことを明らかにした。また、RNA-Seqを用いた網羅的遺伝子発現解析により、トマトCMS系統の異常形質と関連する核遺伝子の発現変動を複数検出することに成功した。イネなどの他作物のCMS系統で同定されたCMS原因遺伝子の多くは、ミトコンドリア呼吸鎖複合体の活性を低下させることで雄性不稔を引き起こすことが報告されている。トマトCMS系統で同定したorf137がミトコンドリア呼吸鎖複合体の活性を変化させるかを検証した結果、全く影響を及びさないことを明らかにした。この現象はこれまで報告されておらず、orf137は他作物のCMS原因遺伝子とは異なる機能を持つことが示唆された。トマトCMS系統の稔性を回復させる稔性回復遺伝子(RF遺伝子)はトマト稔性回復系統(Solanum pimpinellifolium と S. lycopersicum var. cerasiforme)の核ゲノム上に存在する。これまでに9個のRF遺伝子候補を発見していた。しかし、これらの遺伝子候補をトマトCMS系統に遺伝子導入しても、花粉稔性が回復しないことがわかった。

它已经成功地鉴定出一种新型的线粒体基因（ORF137）为引起CMS的基因，从而导致番茄细胞质雄性雄性不育（CMS）（Kuwabara等，2022年，植物生理学）。在番茄CMS系中，花粉可以正常发展，但它表现出一种雄性不育，仅在花粉发芽中出现异常。为了详细研究无菌特征，我们研究了钙离子的内部定位，这是花粉发芽的重要因素。结果，观察到钙离子在肥沃的菌株花粉中的一个地区强烈积累，并从该区域发芽了花粉。另一方面，据显示，在番茄CMS系的花粉中，钙离子在多个位置积累，并从多个位置发芽。此外，通过使用RNA-seq进行全面的基因表达分析，我们成功地检测了与番茄CMS线中与异常性状相关的核基因表达的多次变化。据报道，许多在其他农作物（例如水稻）中鉴定出的CMS基因通过降低线粒体呼吸链复合物的活性来引起男性不育。我们研究了在番茄CMS系列中鉴定出的ORF137是否改变了线粒体呼吸链复合物的活性，并发现它完全没有影响。到目前为止，尚未报道这种现象，这表明ORF137的功能与其他农作物中的CMS引起基因不同。在番茄生育恢复线的核基因组（Solanum pimpinellifolium和S. lycopersicumvar。Cerasiforme）中发现了恢复番茄CMS系列生育能力的生育恢复基因（RF基因）。迄今为止，已经发现了九名RF基因候选者。但是，发现将这些基因候选物转染到番茄CMS系中并没有恢复花粉生育能力。