近日，基因组所联合崖州湾国家实验室、中国水稻研究所和上海交通大学等单位在《植物生理（Plant Physiology）》杂志上在线发表了题为“mRNA cleavage by 21-nucleotide phasiRNAs determines temperature-sensitive male sterility in rice”的研究论文，深入解析了生殖特异的21-nt phasiRNAs调控水稻温敏雄性不育的作用机制。

水稻（Oryza sativa L.）是重要的粮食作物之一，在过去的几十年里，杂交稻的推广种植大大提高了水稻的产量，有力保障了我国的粮食安全。目前，杂交稻育种主要是基于三系和两系法育种技术。三系法系统由细胞质雄性不育系、保持系和恢复系组成，而两系法系统使用环境敏感型雄性不育系，即在一定环境条件下作为不育系用于杂交制种，而在另一环境条件下作为保持系进行繁种，其中温敏雄性不育系是目前在两系杂交水稻育种中广泛应用的主要类型。与三系法相比，两系法具有许多优点，如更广泛的育种亲本选择、育种程序更加简单和成本降低等，在提高杂交稻产量方面具有更大的潜力。因此，深入探究温敏雄性不育发生机制对创制新型温敏不育系具有重要价值。

该研究团队基于小RNA和降解组测序等多组学手段，发现在正常温度条件下AGO1d缺失会导致花药中21-nt phasiRNAs含量下调，从而减少了21-nt phasiRNAs对雄性生殖和耐寒性相关基因转录本靶向切割的能力，导致冷敏感性增加，但依然维持正常的糖和脂类代谢和雄性生殖能力。在低温条件下的野生型中，低温也可以轻微抑制21-nt phasiRNAs含量以及对靶基因的降解，但对雄性生殖的影响较小。然而，在AGO1d缺失和低温的双重因素下，21-nt phasiRNAs含量发生显著下调，其对糖和脂类代谢和耐寒性相关靶基因的降解也受到显著抑制，相关靶基因转录本含量发生显著上调，从而导致花药中糖和脂类代谢异常和温敏雄性不育。进一步，研究团队通过基因编辑手段对关键的21-nt phasiRNAs进行功能验证，发现部分21-nt phasiRNAs的缺失会导致其靶基因表达量显著上调和温敏雄性育性的改变，这为创制新型水稻温敏雄性不育系提供了重要参考。此外，该研究利用团队前期构建的水稻超级泛基因组数据对AGO1d进行了群体遗传学分析，发现AGO1d在不同的稻属品种中非常保守，这可能与AGO1d在21-nt phasiRNA生成、基因沉默和调控雄性生殖发育的重要功能有关。总之，该研究揭示了生殖特异的21-nt phasiRNAs及其遗传调控网络具有重要的应用潜力，将来可以通过精准的人工干扰21-nt phasiRNAs途径来创制新型的光温敏雄性不育系，用于作物两系杂交育种。

基因组所商连光研究员、崖州湾国家实验室钱前院士和上海交通大学梁婉琪研究员为论文的共同通讯作者。基因组所博士后施传琳、邹文莉、朱义旺和上海交通大学博士后张杰为论文共同第一作者。该研究得到国家自然科学基金、中国博士后基金和中国农科院青年创新专项资金资助。