上海交大長江學者PNAS雜交水稻新技術

　　來自上海交通大學生命科學技術學院、上海烈冰信息科技有限公司等處的研究人員在新研究中證實利用一種光照控制的雄性不育系：水稻花粉碳饑餓突變體(Carbon Starved Anther，CSA)的突變，可生成用于雜交水稻制種的新光敏核雄性不育系。相關成果發表在《美國科學院院刊》(PNAS)上。

　　上海交通大學長江學者張大兵教授和生命科學與技術學院副教授梁婉琪為這篇文章的共同通訊作者。

　　水稻是世界上消費量最大的禾谷類作物，是最廉價和最豐富的食物能量和蛋白質來源之一，是亞洲大多數人口的主要食品，養活了一半以上的世界人口。秈稻和粳稻是水稻的兩個主要栽培亞種。雜交水稻以被證實一種顯著提高糧食產量的有效策略。當前雜交水稻技術主要依賴于雄性不育系，一直以來主要用于秈稻品種。然而實施這些技術存在一些內在的問題，例如有限的種質和從不育到生育轉變的不可預測性。

　　在這篇文章中，研究人員描述了一種光照控制的雄性不育系：水稻花粉碳饑餓突變體CSA，其花粉發育的一個R2R3 MYB轉錄調控子存在一個突變。研究人員證實將這一突變介導到秈稻和粳稻中，它能夠在短日照(short-day)條件下賦予雄性不育，在長日照條件下賦予雄性生育。此外，F1代csa和恢復系JP69顯示出雜種優勢，表明利用這一突變生成雜交水稻具有可行性。

　　這一以csa為基礎的光敏雄性不育系為我們建立了一個穩定的兩系雜交系統，將對農業產生重大的影響。

　　張大兵教授研究組長期從事水稻遺傳學、花器官和花藥形成分子基礎以及分子輔助育種等研究工作，取得了大量突破性的成果。今年，其課題組還發現了一種成束蛋白(fasciclin)糖蛋白：MICROSPORE AND TAPETUM REGULATOR1 (MTR1)，在調控水稻(Oryza sativa)孢子和生殖細胞發育過程中的關鍵作用。

　　這種MTR1蛋白能在雄性生殖細胞中特異性表達，但它的突變會帶來絨氈層，小孢子發育的缺陷，引起雄性不育。研究人員還發現正常的花藥發育與花粉繁殖能力，也需要MTR1蛋白成束結構域，N-glycolation，以及N末端信號多肽介導的質膜定位。

　　這項研究數據表明，水稻雄性生殖細胞能分泌MTR1蛋白，用以調控生殖細胞和相鄰體細胞的發育，從而提出了一種植物雄性生殖發育的新機制。相關成果公布在Developmental Cell雜志上。

　　作者簡介：

　　張大兵

　　教育部長江學者獎勵計劃特聘教授和國家百千萬人才工程、國家杰出青年基金獲得者、上海市優秀學科帶頭人、上海科技啟明星、上海市曙光學者、教育部新世紀優秀人才等。

　　1998年2月于中科院上海植物生理生態研究所獲博士學位。 中國植物學會第十三屆理事會 植物生理及分子生物學專業委員會委員;上海市生物化學與分子生物學會理事;上海市科學技術委員會技術預見專家;《Journal of Integrative Plant Biology》、《Journal of Plant Physiology》、《Journal of Genetics & Genomics》、《Journal of Food Safety & Quality》等期刊編委;上海交通大學Bio-X中心倫理委員會委員。

　　張大兵教授研究組主要開展水稻遺傳學、花器官和花藥形成分子基礎以及分子輔助育種等研究工作。在控制水稻花和花序分生組織控制、花粉形成功能基因克隆等方面開展了系統地工作，主持了國家杰出青年基金項目、國家自然科學基金重點等 國家和省、部委的研究課題，分離了控制水稻重要農藝性狀關鍵基因FON4(Flower Organ Number 4)、TDR(Tapetum Degradation Retardation)、REP1(Retarded Palea1)、CYP704B2和CSA(Carbon Starved Anther)等 。近年來以通訊作者身份在Plant Cell等期刊上發表論文80多篇。作為第一完成人獲得上海市科技進步獎一項。 組織申報教育部“生物技術”特色專業、“生物化學與分子生物學“國家以及上海市重點學科等。

　　梁婉琪

　　女，博士，上海交通大學生命科學與技術學院副教授。現階段主要從事水稻生殖發育、表觀遺傳調控方面的研究工作。

　　自 1998年以來一直從事植物分子生物學和農業生物技術研究，包括生物反應器、水稻分子標記輔助育種、水稻功能基因組研究等。期間曾主持或參與多項國家和地方的科研項目，如上海市科委基礎研究重點項目“基因沉默的分子基礎研究”、國家科技部863計劃“控制水稻花粉育性的淀粉合成及代謝途徑解析”、國家自然基金項目“擬南芥中MIR168a/b基因的表達調控研究”、國家轉基因重大專項“一個新的水稻溫敏核不育主效基因的克隆和功能驗證”等。在近十年間，與所在研究小組的其他成員一起分離了十多個水稻生殖發育階段的關鍵基因，以第一作者身份在Plant Cell等期刊上發表多篇高質量研究論文。這些研究工作闡明了水稻生殖發育過程中，花序形態建成、花器官形態建成及數目控制、花藥和花粉發育等過程的一些關鍵步驟的分子機理。作為主要完成人之一的研究成果“主要轉基因農產品定性定量檢測技術研究”獲2004年上海市科學技術進步一等獎，“利用轉基因馬鈴薯研制口蹄疫基因工程亞單位疫苗”2006年獲寧夏回族自治區科學進步獎一等獎，2008年獲上海交通大學“晨星學者”稱號。

　　教育背景：

　　1991.9―1995.7 南京大學(中國) 大學/本科

　　1995.9―1998.6 中國科學院上海植物生理生態研究所 碩士

　　1998.7―2005.6 上海市農業科學研究院 助理研究員

　　2001.9―2006.4 中國科學院上海植物生理生態研究所 在職博士

　　2005.7至今 上海交通大學生命科學技術學院 副教授

　　研究方向：

　　1、水稻生殖發育學：研究水稻開花、花序和花器官特征決定及形態建成、雌雄配子發育等過程的分子機制

　　2、植物表觀遺傳學：研究植物中microRNA的表達調控機制以及在植物發育過程中的表觀遺傳調節機制