近日，我校农学院刘向东团队在“Journal of Experimental Botany”在线发表了题为“OsRH52A, a DEAD-Box protein, is required for embryo sac development by regulating functional megaspore specification in rice”的研究论文，揭示了DEAD-box RNA解旋酶蛋白OsRH52A在调控水稻胚囊育性具有重要的作用。
水稻是世界最重要的经济作物之一，其胚囊发育正常与否直接影响结实率和最终产量。水稻胚囊发育受到大量基因的精准调控，挖掘调控水稻胚囊育性的功能基因并阐明其分子机理对于丰富水稻生殖发育理论以及创制用于杂交制种的雌性不育系具有重要意义。
团队前期通过比较基因组学等方法研究发现DEAD-box RNA解旋酶家族成员OsRH52A在调控新型四倍体水稻育性具有重要作用，但在二倍体水稻中的功能及其育性调控机理尚不清楚。本研究中，团队通过生物信息学和遗传学等方法确定OsRH52A在二倍体水稻育性调控中也具有重要的作用，但与新型四倍体水稻的不同。研究发现OsRH52A突变后育性显著下降，幅度超过33%；通过WE-CLSM等技术深入观察发现，突变体育性降低主要是由胚囊败育性引起，与花粉育性无关（即花粉育性正常），进一步研究发现功能大孢子发育异常是引起胚囊高度败育（32.8%）的主要原因。
水稻正常胚囊发育过程中，4个大孢子通常只有近合点端的大孢子分化发育成功能大孢子，然后经过3次有丝分裂形成8核7细胞的成熟胚囊。但OsRH52A突变导致部分子房合点端形成0个（全退化）或2个（少退化）的功能大孢子，其中2个功能大孢子均能进一步发育至成熟胚囊，形成2个“堆叠”在一起的“双套胚囊”，占比11.8%。有趣的是，“双套胚囊”中近珠孔端的胚囊具有雌性生殖单位但缺反足细胞，该类胚囊约有3.4%可正常受精；而近合点端的胚囊具有极核和反足细胞团，但无卵器，无法正常受精（图1）。表明卵器发育具有位置特异性，可能与珠孔有密切的关系。进一步研究发现OsRH52A可与OsMFS1和ZIP4互作，进而影响OsMSP1和HSA1b等表达，调控水稻胚囊发育。
图1. OsRH52A基因突变体出现双套胚囊的发育过程及可能的分子调控机理
该研究揭示了OsRH52A在调控水稻功能大孢子发生和特化上的重要作用，并明确了“双套胚囊”的起源及其形成过程。据悉，该团队近期还发现类受体蛋白激酶OsNRFG6调控新型四倍体水稻胚囊育性具有重要的作用，研究结果发表在“RICE”期刊上。这些研究为创制水稻雌性不育系提供理论依据和基因资源。
刘向东教授和Muhammad Qasim Shahid副研究员为文章共同通讯作者，博士生黄静华和硕士生乔正平为文章共同第一作者，于航、陆紫君、陈伟彬、卢骏明、吴锦文和包月明等参与研究工作。该研究得到了国家重点研发计划、岭南水稻种质资源基地库、岭南现代农业实验室和国家自然科学基金等项目的资助。
相关论文信息：https://doi.org/10.1093/jxb/erae180
文图/农学院
