遗传发育所玉米育性研究获进展

玉米杂交优势强，是我国种植面积最大的作物之一，我国杂交种普及率近乎100%。玉米雄性不育系的利用是解决制种过程中人工去雄的有效途径。中国科学院遗传与发育生物学研究所陈化榜组长期致力于玉米雄性不育基因的克隆和应用，已克隆数个雄性不育基因（IPE1, 2017, Plant Physiology; APV1, 2017, The Plant Journal; Ms6021, 2017, Scientific Reports），并探讨雄性不育机理（Xiao et al., 2020, Molecular Plant）。

花药角质层和花粉壁是保护植物生殖细胞免受外界环境干扰的重要屏障。在玉米雄穗发育过程中，上述组织的破坏可导致玉米雄性不育。课题组获得一个雄性不育彻底且稳定的玉米突变体，命名为irregular pollen exine2 (ipe2)，该突变体表现为花药皱缩，且成熟的花粉粒中无淀粉积累。图位克隆和互补实验证实IPE2控制玉米雄性育性，该基因在花药发育的四分体期和小孢子释放期特异表达，编码一个内质网定位的GDSL脂肪酶。IPE2基因功能缺陷导致突变体中脂质代谢发生异常，尤其是C16/C18脂肪酸以及相关衍生物的含量显著下降，并造成突变体花药绒毡层和中间层细胞延迟降解，花药角质层和花粉外壁发育异常，导致玉米雄性不育。该研究扩展了对玉米雄性不育机理的认知，并为玉米不育化制种提供了新材料。

9月10日，相关研究成果在线发表在Plant Physiology上（DOI:10.1104/pp.20.00105）。陈化榜研究组博士研究生霍燕青和裴元荣为论文共同第一作者，助理研究员刘娟为论文通讯作者。研究工作得到国家重点研发计划和国家自然科学基金的资助。

图：玉米雄性不育系与可育系的比较