近日，蔬菜所刘宁/杜和山联合团队在国际主流学术期刊《Int J Biol Macromol》（原中科院1区期刊，IF=8.7）在线发表了题为“Genome-wide investigation of the cytochrome P450 superfamily in Lettuce (Lactuca sativa L.) and functional analysis of LsCYP703A in regulating pollen development”的研究论文。该研究系统调查了生菜细胞色素P450（CYP）基因家族，重点鉴定了LsCYP703A在花粉外壁发育过程中的功能。研究结果为基于LsCYP703A靶点创制雄性不育系、开展杂交生菜育种，提供了科学理论支撑。

提高作物产量、改善品质和增强抗逆性的一个关键策略是利用杂交优势，过去的20年里，杂交育种技术已广泛应用在水稻、玉米、小麦等大田作物上。杂交育种的成功在很大程度上依赖于雄性不育系的发掘和规模化应用，雄性不育（株）系杂交育种成功的核心要素之一。生菜（Lactuca sativa L.）作为北京市种植面积最大的叶类蔬菜，其育种仍然依赖常规方法。限制生菜杂交制种的主要原因是其花器官微小，导致杂交操作异常困难，杂交技术难度大、效率低、人工成本过高，因而生产上推广的生菜品种中极少采用杂交品种。因此，缺乏雄性不育系是当前限制杂交生菜制种的核心产业难题之一。

花粉外壁是保障花粉正常发育的物理屏障，主要由孢粉素组成。花粉外壁发育是一个复杂的多基因表达调控过程，其中细胞色素P450（CYP）单加氧酶超家族中的CYP703亚家族基因编码孢粉素生物合成的一个关键酶，仅在花粉发育的特定时期和部位表达，可能是创制雄性不育材料的理想靶标。为此，本研究首先对莴苣CYP基因家族进行系统鉴定，共发现379个LsCYP成员，通过与拟南芥同源基因的系统发育分析，这些LsCYP划分为9个进化枝（clan）和61个亚家族，基因结构、保守基序及结构域组成分析均支持该分类结果；鉴定到Lsat_1_v5_gn_7_980属于生菜CYP703亚家族唯一成员，命名为LsCYP703A，该基因在花器官中特异表达；基因表达谱与转基因实验表明LsCYP703A可能在花粉壁形成中发挥着关键作用，创制的几份lscyp703材料仅表现出花粉败育表型，其营养生长与野生型无异（Fig.1），这表明该位点是创制雄性不育种质的一个关键靶点，lscyp703a材料有望用于培育杂交生菜品种；此外，本研究还发现“AMS-MYB80”分子模块调控着LsCYP703A表达，证实该分子通路在菊科作物中高度保守（Fig.2）。综上，本研究通过对LsCYP家族的生信分析，鉴定到LsCYP703A是花粉发育过程的关键基因，并基于LsCYP703A靶点创制生菜雄性不育系，为大规模利用该靶点开展杂交生菜育种奠定了理论基础。

蔬菜所栽培生理课题组刘宁研究员和辣椒育种课题组杜和山研究员为该论文的共同通讯作者，科研助理王婷和助理研究员李宁为论文的共同第一作者，杨静静、王宝驹、陈斌等也参与了部分研究工作。本研究得到了国家现代农业产业技术体系、国家自然科学基金、北京市农林科学院“青年英才”和“协同创新”等项目的联合资助。

论文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0141813026030394

图 1. LsCYP703A基因敲除生菜雄性呈现出雄性不育表型

图 2. 生菜LsCYP703A的调控机制的保守性