A citoplazmatikus hímsterilitás ( CMS , eng. Cytoplasmic male sterility , CMS) a magasabb rendű növények androeciumának teljes vagy részleges sterilitásának jelensége , melynek oka egy speciális mutáció jelenléte a mitokondriumban , ti. a mitokondriális genomban a növényi termékenység részben vagy egészben helyreáll a nukleáris termékenységet helyreállító gén domináns alléljának jelenlétében. Marcus M. Rhodes írta le először kukoricában , petúniában , káposztában és napraforgóban is leírtákés más növények. A CMS-t az úgynevezett anyai típusú öröklődés jellemzi .
A citoplazmatikus hímsterilitás a nukleáris genom és a mitokondrium kölcsönhatásában nyilvánul meg. A mitokondriumok és a plasztidok mint organellumok, amelyek endoszimbiotikus prokarióta mikroorganizmusokból származnak , saját egyedi genommal rendelkeznek, és bár az eukarióta sejt evolúciós folyamata során elveszítették autonómiájuk nagy részét, és elveszítették a gének nagy részét, néhány fontos fehérje továbbra is kódolva van az eukarióta sejtekben. mitokondriális és plasztid gének szabályozása. A mitokondriumoknak és a plasztidoknak is van működő fehérjeszintetizáló berendezése. A citoplazmatikus hímsterilitás a mitokondrium egy bizonyos mutációja eredményeként jön létre, ami a növény androeciumának degenerációját eredményezi, ami vagy a portokok degenerációjában, vagy a portokok nem nyílásának megnyilvánulásában, vagy nem portokok kialakulásában nyilvánul meg. életképes virágpor. A vad típusú mitokondriumokkal rendelkező genotípusokat N- nek vagy Cyt N -nek (azaz normál típusú citoplazmának), a mutáns mitokondriumokkal rendelkező genotípusokat S-nek vagy Cyt S -nek (azaz steril citoplazmának) jelöljük. A növényi sejtek nukleáris genomja specifikus termékenység-helyreállító vagy Rf géneket is tartalmaz , amelyek domináns alléljei teljesen vagy részben visszaállítják az androecium termékenységét . Csak azok a genotípusok sterilek, amelyek mutáns mitokondriummal rendelkeznek és az Rf gének recesszív homozigótái (Cyt S rfrf ), az összes többi genotípus termékeny. [egy]
A kukoricában ( Zea mays L. ) többféle CMS ismert, a legtöbbet tanulmányozott az ún. T-típusú CMS [2] (más néven Texas), C-típusú CMS [3] (ún. charrua típusú, más néven paraguayi és kolumbiai) és S-típusú CMS [4] (más néven moldvai vagy M-típusú CMS ). A CMS minden típusát a mitokondriumban lévő specifikus mutáció határozza meg, és a termékenységet helyreállító génjei állítják helyre. Tehát a T-típusú CMS-t a mitokondrium T-urf régiójában bekövetkező mutáció okozza , melynek eredményeként a mitokondriumok elkezdik termelni a mutáns toxikus Urf 13 fehérjét, ami viszont a tapetum sejtek degenerációjához vezet. , amely egy hímsteril kukorica fenotípus kialakulásához vezet , az Rf1 gén , amely a 3. kromoszóma rövid karjának centromer régiójában található, mitokondriális aldehid-dehidrogenáz mtALDH -t termel , amely eltávolítja a kiméra fehérje toxikus hatását és a a termékenység helyreállítása. Az Rf2 gén , amely a 9. kromoszóma centromer régiójában található , komplementer kölcsönhatásba lép az Rf1 génnel , és mindkét génnek domináns állapotban kell lennie ahhoz, hogy a T-típusú citoplazmával rendelkező kukoricavonalak termékenységét helyreállítsa. A CMS S-típusát az orf355 és orf77 nyitott leolvasási keretben bekövetkezett mutáció okozza , ami egy R orf355-orf77 kiméra nukleotidszekvenciát eredményez . A termékenységet helyreállító gén az Rf3 , a termékenység posztmeiotikus helyreállítása miatt az Rf3rf3 genotípusok a termékeny pollen 50%-át alkotják. Az Rf3 -ról kimutatták , hogy befolyásolja a mitokondriális és a nukleáris génexpressziós szintet , és transzkripciós szinten pleiotróp hatást fejt ki . Az S-típusú CMS egyik lehetséges mechanizmusa kukoricában az orf355-orf77 növények génexpressziós szintjének megváltozása és a programozott sejthalál mechanizmusának bevonása, míg a termékenység helyreállítása a transzkriptumok szintjének normalizálásának köszönhető. mitokondriumokban és az apoptotikus mechanizmusok gátlásában. [6] Az Rf3 gén expressziós terméke megváltoztatja az orf355-orf77 kiméra szekvencia expressziós szintjét. [7] A C-típusú CMS-t az ATP-szintáz génjeinek mutációja és egy kiméra ATP-szintáz atp6-atp9 típusú képződése okozza [8] , a CMS-t a gének állítják helyre. Rf4, Rf5 és Rf6 .