Sterilitatea masculină citoplasmatică ( CMS , ing. Sterilitatea masculină citoplasmatică , CMS) este un fenomen de sterilitate completă sau parțială a androceului plantelor superioare, a cărui cauză este prezența unei mutații speciale în mitocondrie , adică. în genomul mitocondrial , fertilitatea plantelor este restabilită în întregime sau parțial în prezența unei alele dominante a genei de restaurare a fertilității nucleare. Descris pentru prima dată în porumb de Marcus M. Rhodes , descris și în petunii , varză , floarea soarelui și alte plante. CMS se caracterizează prin așa-numitul tip de moștenire maternă .
Sterilitatea citoplasmatică masculină se manifestă în interacțiunea genomului nuclear cu mitocondria. Mitocondriile și plastidele ca organele, care provin din microorganismele procariote endosimbiotice , au propriul lor genom unic și, deși în procesul de evoluție al celulei eucariote și -au pierdut cea mai mare parte a autonomiei și au pierdut majoritatea genelor, unele proteine importante sunt încă codificate sub controlul genelor mitocondriale și plastidice. Mitocondriile și plastidele au, de asemenea, un aparat de sinteză a proteinelor. Sterilitatea citoplasmatică masculină apare ca urmare a unei anumite mutații în mitocondrie, având ca rezultat degenerarea androceului plantei, manifestată fie prin degenerarea anterelor, fie prin nedeschiderea anterelor, fie prin formarea de non- polen viabil. Genotipurile cu mitocondrii de tip sălbatic sunt desemnate N sau Cyt N (adică, tip normal de citoplasmă), genotipurile cu mitocondrii mutante sunt desemnate ca S sau Cyt S (adică, citoplasmă sterilă). Genomul nuclear al celulelor vegetale conţine, de asemenea , gene specifice de restaurare a fertilităţii sau Rf , ale căror alele dominante restabilesc total sau parţial fertilitatea androceului . Numai genotipurile care au o mitocondrie mutantă și sunt homozigoți recesivi pentru genele Rf sunt sterile (Cyt S rfrf ), toate celelalte genotipuri sunt fertile. [unu]
La porumb ( Zea mays L. ), sunt cunoscute mai multe tipuri de CMS, cele mai studiate sunt așa-numitele. CMS de tip T [2] (numit și Texas), CMS de tip C [3] (așa-numitul tip charrua, numit și paraguayan și columbian) și CMS de tip S [4] (numit și CMS moldovenesc sau de tip M). ). Fiecare tip de CMS este determinat de mutația sa specifică în mitocondrie și este restaurat de genele de restaurare a fertilității. Astfel, CMS de tip T este cauzată de o mutație în regiunea T-urf a mitocondriei , în urma căreia mitocondriile încep să producă proteina toxică mutantă Urf 13 , care, la rândul său, duce la degenerarea celulelor tapetum . , ceea ce duce la formarea unui fenotip de porumb steril masculin , gena Rf1 , situată în regiunea centromeră a brațului scurt al cromozomului 3, produce aldehid dehidrogenaza mitocondrială mtALDH , care înlătură efectul toxic al proteinei himerice și duce la restabilirea fertilităţii. Gena Rf2 , situată în regiunea centromerică a cromozomului 9 , interacționează complementar cu gena Rf1 și ambele gene trebuie să fie într-o stare dominantă pentru a restabili fertilitatea în liniile de porumb cu citoplasmă de tip T. Tipul S al CMS este cauzat de o mutație în cadrele de citire deschise orf355 și orf77 , rezultând o secvență himerică de nucleotide R orf355-orf77 . Gena restabilitoare a fertilităţii este Rf3 , datorită restabilirii post-meiotice a fertilităţii, genotipurile Rf3rf3 formează 50% din polenul fertil. S-a demonstrat că Rf3 influențează nivelurile de expresie a genelor mitocondriale și nucleare și are un efect pleiotrop la nivel transcripțional . Un posibil mecanism al CMS de tip S la porumb este modificarea nivelului de expresie a genelor la plantele orf355-orf77 și includerea mecanismului morții celulare programate, în timp ce restabilirea fertilității se datorează normalizării nivelului transcriptelor. în mitocondrii şi inhibarea mecanismelor apoptotice. [6] Produsul de expresie a genei Rf3 modifică nivelul de expresie al secvenței himerice orf355-orf77. [7] Tipul C al CMS este cauzat de o mutație în genele ATP sintazei și formarea unei ATP sintetaze himerice de tip atp6-atp9 [8] , tipul C al CMS este restaurat de gene Rf4, Rf5 și Rf6 .