广东
近日，安徽农业大学作物抗逆育种与减灾国家地方联合工程实验室的江海洋/程备久/姜鹏飞/李云飞团队在玉米GA敏感型雄性不育资源挖掘、分子机制解析及杂交制种应用方面取得重要进展，相关结果以“A three-threshold gibberellin model defines tunable uncoupling of male fertility and growth to facilitate maize hybrid seed production”为题发表在国际知名期刊《Plant Communications》（2026 IF=13.7 中科院一区）。该研究揭示了玉米不同发育过程对赤霉素（gibberellin，GA）下降具有差异化敏感性，提出“GA三阈值模型”和“GGMS窗口”，为创制GA敏感型核基因雄性不育（gibberellin-sensitive genic male sterility，GGMS）材料及建立玉米两系法杂交制种技术提供了新的理论基础和遗传资源。
玉米是世界三大粮食作物之一且杂交种种植比例接近100%，但玉米杂交制种依赖人工或机械去雄，缺乏可用的雄性不育系一直是玉米杂交制种的瓶颈问题。为了解决该问题，对多个玉米自交系开展EMS诱变筛选，鉴定获得4个GA敏感型雄性不育突变体ggms1–ggms4，并发现其均由GA合成关键酶基因ZmKAO的不同等位变异所致。与野生型相比，强等位突变ggms1、ggms2植株严重矮化，产量受损，但弱等位突变ggms3、ggms4营养生长和单穗产量均正常(图 1)。值得注意的是，这些突变体的花药发育、花粉成熟及雌性育性基本正常，其雄性不育主要源于雄蕊花丝无法正常伸长，导致花药不能伸出颖壳从而不能正常散粉。在抽雄后对雄穗进行一次GA处理，即可恢复花丝伸长和花药外露，并恢复正常授粉结实。进一步的多环境试验表明，ggms4的雄性不育表型在海南、重庆、合肥和宿州等不同环境条件下均保持稳定，显示出良好的育种和制种应用潜力。
图1. ggms3和ggms4雌穗产量正常且表现出GA敏感雄性不育的表型
在上述结果的基础上，该研究进一步通过遗传、生化和分子等手段解析了D9-ZmMYB53-ZmBXL7调控雄蕊花丝细胞壁重塑以促进花丝伸长的分子通路，并提出“GA三阈值模型”，其中，花丝伸长对GA下降最为敏感，营养生长次之，而花药和花粉发育具有最高的GA缺乏耐受性。当GA下降程度较低、尚未达到第一个阈值时，植株各发育过程基本正常；当GA下降超过较低阈值但尚未达到中间阈值时，营养生长（VG）和花药/花粉发育（A/P）仍能正常进行，而花丝伸长已受到抑制，从而形成最适合杂交制种利用的“GGMS窗口”；当GA进一步下降并超过中间阈值后，花丝伸长和营养生长均受到影响，而花药和花粉发育仍可维持；只有当GA下降超过更高阈值时，营养生长、花丝伸长以及花药/花粉发育才会同时受到严重影响（图 2）。这一模型解释了为何适度降低GA水平能够在保持正常植株生长和花粉功能的同时，选择性阻断雄性育性，从而为通过等位变异筛选或基因编辑精准创制GGMS材料提供了理论依据。
图2. GA三阈值模型及其在玉米两系法杂交制种中的应用
安徽农业大学为第一单位，安徽农业大学生命科学学院博士毕业生徐睿、硕士毕业生尹香兰、博士毕业生邱可立和硕士研究生李建宇为论文共同第一作者。农学院姜鹏飞教授、江海洋教授、李云飞副教授和程备久教授为该论文共同通讯作者。安徽农业大学农学院魏鹏程教授和中国科学技术大学赵忠教授为本研究提供了宝贵建议。
https://doi.org/10.1016/j.xplc.2026.102117
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