The natural Msc-4 allele confers genic male sterility via conserved and divergent gene regulatory mechanisms in pepper

生物 不育 遗传学 基因 小孢子 绒毡层 转录组 胡椒粉 花粉 突变 杂交种子 等位基因 突变 调节基因 雄蕊 候选基因 植物
作者
Heshan Du,Xiaofei Zhang,Li Ren,Bin Chen,Xiaofen Zhang,Yihao Wang,Jinfang Wang,Ting Wang,Changlong Wen,Ning Liu,Sansheng Geng
出处
期刊:Plant Physiology [Oxford University Press]
卷期号:199 (2) 被引量:4
标识
DOI:10.1093/plphys/kiaf474
摘要

Utilization of genic male sterility (GMS) significantly reduces production costs and ensures the high varietal purity of hybrid seeds, thereby demonstrating considerable potential for hybrid seed production in pepper (Capsicum annuum). In this study, we report the characterization of a pepper GMS mutant, male sterility from China-4 (msc-4), which exhibits aborted pollen grains without detectable exine. Strikingly, the vegetative growth of these pepper plants was unaffected. Genome-based mapping and functional analysis of msc-4 revealed that a nonsense mutation in a cytochrome P450 family gene, CYP703A2/Msc-4, results in pollen development failure and subsequent GMS. Msc-4 transcripts specifically accumulated in the tapetum and microspores of developing anthers. Comparative transcriptome analysis suggested that fatty acid and sporopollenin metabolism are severely impaired in msc-4 mutants. Furthermore, we demonstrated that the AMS-MYB80-CYP703A2/Msc-4 regulatory cascade is generally conserved, albeit with some differences, in pepper. Importantly, mutations in the tomato and cucumber CYP703A2 orthologs conferred male sterility without growth penalty, strongly supporting that CYP703A2 genes are ideal targets for the generation of GMS germplasms. Overall, our findings shed light on the molecular basis of Msc-4 in pepper, demonstrating that mutagenesis of CYP703A2 genes can be readily adapted for a broad range of vegetable crops.
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