Mol Plant | 李莉团队揭示Rf20结构变异调控水稻野败型细胞质雄性不育育性恢复的分子机制

杂交水稻为世界粮食安全做出了巨大贡献。 1966 年袁隆平先生提出了利用三系法实现水稻杂种优势利用的构想，开启了我国杂交水稻研究的征程， 1970 年 “ 野败 ” 的 发现为三系配套打开了突破口， 1973 年中国籼型三系杂交水稻配套成功。野败型细胞质雄性不育基因 WA352 及恢复基因 Rf4 相继被成功克隆，但其恢复机制并未被完全解析，目前生产上部分不育系存在的 高温复育现象给杂交制种带来了较大风险。

https://doi.org/10.1016/j.molp.2024.07.001

图 1 Rf20 定位及功能分析

通过对 411 份三系核心亲本群体的重测序数据进行全基因组关联分析（ GWAS ），发现水稻 第 1 号染色体长臂上存在一个新的编码 PPR 蛋白的恢复基因 Rf20 。互补和过量表达实验表明 Rf20 可部分恢复 CMS-WA 的育性。 Rf20 在水稻中存在拷贝数变异和结构变异，其中不育系主要以 H1 （单拷贝）和 H2 （双拷贝）存在，恢复系均以 H3 型（双拷贝）存在。此外，个别不育系如天丰 A 、金龙 A 等以 H3 型存在，表型分析发现这类特殊不育系存在高温复育的现象，基因编辑技术验证 表明 H3 型是这些不育系 出现高温复育现象的主要原因。

Rf20 编码一个典型的 PPR 蛋白，亚细胞定位结果显示 RF20 定位在线粒体。通过酵母双杂交、 pull-down 、 Co-IP 等试验证明 Rf20 编码的 PPR 蛋白与 COX11 蛋白互作，竞争性地抑制 WA352 与 COX11 的结合，从而恢复 COX11 的活性氧 （ ROS ） 清除功能，使 CMS-WA 育性部分恢复 。 本研究提出了 PPR 蛋白的新 型工作模式。

图 3 Rf20 调控水稻 CMS-WA 育性恢复模式图

湖南杂交水稻研究中心宋书锋副研究员、李懿星副研究员、湖南农业大学邱牡丹博士、许娜博士为该文的共同第一作者，湖南杂交水稻研究中心李莉研究员为该文通讯作者。 本研究得到农业生物育种重大专项（ 2023ZD04076 ）、国家重点研发计划（ 2022YFD1200800 ）、湖南省自科基金（ 2023JJ30442 ）以及湖南省岳麓山种业创新项目（ 2021NK1002 ）的 资助 。

谨以此文深切缅怀袁隆平老师！