近日，華南農(nóng)業(yè)大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院、亞熱帶農(nóng)業(yè)生物資源保護(hù)與利用國家重點實驗室、嶺南現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科學(xué)與技術(shù)廣東省實驗室陳樂天教授課題組在國際知名植物生物學(xué)學(xué)術(shù)期刊《Journal of Integrative Plant Biology》（IF2020=7.061，生物學(xué)一區(qū)）在線發(fā)表題為“OsEDM2L mediates m6A of EAT1 transcript for proper alternative splicing and polyadenylation regulating rice tapetal degradation”的研究論文（論文鏈接：https://www.jipb.net/EN/10.1111/jipb.13167）。該研究發(fā)現(xiàn)水稻中一個EDM2類似因子OsEDM2L，通過與已知調(diào)控花粉發(fā)育的bHLH142和TDR轉(zhuǎn)錄因子互作，調(diào)控EAT1的表達(dá)及轉(zhuǎn)錄本的m6A表觀修飾，以保證轉(zhuǎn)錄本的正常可變剪接和加尾，進(jìn)而調(diào)控決定花藥絨氈層PCD的天冬氨酸蛋白酶表達(dá)和小孢子發(fā)育（圖1）。

 

　　植物雄性不育是雄配子體在發(fā)育過程中出現(xiàn)異常導(dǎo)致不能產(chǎn)生正常可育花粉的現(xiàn)象。雄性不育材料在作物雜交育種中具有重要應(yīng)用價值，可免除去雄，極大提高雜交制種效率，實現(xiàn)商業(yè)化應(yīng)用和推廣。水稻花藥是雄配子形成的器官，其最內(nèi)層為絨氈層，是連接孢子體與配子體的橋梁。絨氈層細(xì)胞在減數(shù)分裂階段會精確啟動細(xì)胞編程性死亡（PCD）而自我降解，為單核期小孢子的發(fā)育提供物質(zhì)基礎(chǔ)。因此，絨氈層提前或延遲降解均能導(dǎo)致小孢子發(fā)育異常。

 

　　（A）突變體osedm2l中水稻絨氈層PCD延遲發(fā)生和小孢子敗育；（B）突變體osedm2l中絨氈層PCD調(diào)控基因EAT1、OsAP25和OsAP37表達(dá)下調(diào)；（C）-（D）OsEDM2L與bHLH142和TDR互作；（E）-（F）突變體osedm2l中m6A修飾（E）與可變剪接及加尾（F）異常；（G）OsEDM2L調(diào)控水稻雄性生殖發(fā)育的工作模型。

 

　　該研究發(fā)現(xiàn)OsEDM2L是水稻一個與已知的擬南芥EDM2（包含了DNMT1-RFD、3×PHD和N6-腺嘌呤甲基轉(zhuǎn)移酶類似結(jié)構(gòu)域三種結(jié)構(gòu)域）類似的因子，但OsEDM2L僅包含了一個N6-腺嘌呤甲基轉(zhuǎn)移酶類似結(jié)構(gòu)域。通過對該結(jié)構(gòu)域進(jìn)行點突變，將328位的谷氨酰胺和329位的亮氨酸突變?yōu)榻M氨酸，獲得的點突變植株均表現(xiàn)出與osedm2l相同的不育表型，表明N6-腺嘌呤甲基轉(zhuǎn)移酶類似結(jié)構(gòu)域是OsEDM2L的重要功能結(jié)構(gòu)域。轉(zhuǎn)錄水平的m6A定量分析結(jié)果顯示：突變體花藥中m6A水平顯著下降。在osedm2l突變體中EAT1轉(zhuǎn)錄本的m6A修飾模式較野生型發(fā)生顯著變化，并導(dǎo)致其轉(zhuǎn)錄本的可變剪接與加尾出現(xiàn)異常，從而造成絨氈層降解延遲和小孢子敗育。該研究發(fā)現(xiàn)了一個植物特有的與雄性生殖相關(guān)的m6A表觀調(diào)控因子并揭示了其潛在的作用機(jī)制，對加深水稻雄性生殖發(fā)育的表觀遺傳調(diào)控的認(rèn)識具有重要作用。

 

　　生命科學(xué)學(xué)院博士后馬坤為該論文的第一作者，陳樂天教授為通訊作者。劉耀光院士也對該研究工作給予了指導(dǎo)。該研究得到了國家自然科學(xué)基金（32001519；32030080）、廣東省基礎(chǔ)與應(yīng)用基礎(chǔ)研究重大項目（2019B030302006）和博士后面上基金（2020M672653）的資助。（文/生命科學(xué)學(xué)院趙秀彩）