水稻細胞質雄性不育相關基因orf290的作用機理研究

《水稻細胞質雄性不育相關基因orf290的作用機理研究》是依託武漢大學，由李紹清擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：水稻細胞質雄性不育相關基因orf290的作用機理研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：李紹清
• 依託單位：武漢大學

項目摘要

細胞質雄性不育是由線粒體基因突變或重組所導致的一種高等植物雄蕊發育異常的表現，它是作物雜種優勢利用的基礎。植物細胞質雄性不育的發現，極大地促進了農作物雜種優勢的開發利用。但植物線粒體基因組由於大量重組，導致結構變異巨大，為細胞質雄性不育研究帶來了巨大挑戰。水稻細胞質雄性不育分為野敗型、紅蓮型和包台型三種遺傳不同類型，前期研究表明，紅蓮型和包台型CMS都攜帶有orf(H)79，二者都與atp6共轉錄，然而這不足以闡釋紅蓮型和包台型CMS的遺傳差異。為了進一步闡明紅蓮型CMS的機理，我們測序了紅蓮型CMS線粒體基因組，發現一個新的嵌合基因orf290，它與野敗型CMS基因orf352同源，受恢復基因Rf5/Rf6的調控，且異位表達能導致小孢子敗育。因此，本研究擬藉助細胞、分子、遺傳等手段，解析該基因的功能及其與CMS的關係。

結題摘要

本研究綜合運用免疫組化、掃描電鏡、透射電鏡、冷凍電鏡、同位素示蹤結合質譜等細胞和分子生物學技術手段，比較分析紅蓮型水稻不育系和保持系花葯、小孢子發育過程的細胞學特徵，線粒體電子傳遞鏈複合物的結構、線粒體蛋白質組的轉換規律和小孢子胞壁代謝的分子生物學研究。對紅蓮型水稻不育系和保持系線粒體蛋白質組的轉換特徵分析發現，不育系ETCIII中核心亞基C9和C10與ORFH79的轉換速率類似且明顯高於保持系，而其他蛋白質在不育系和保持系之間的轉換速率基本一致。與此相對應的是，在紅蓮型水稻不育系線粒體電子傳遞鏈複合物ETCIII的結構中發現ORFH79亞基的存在，且在不育系ETCIII上形成一個尾狀結構，導致ETCIII的結構改變，活性顯著下降。同時，發現紅蓮型雄性不育水稻成熟期小孢子萌發孔內陷，接近成熟時，花粉內壁發育不完整，這可能是導致紅蓮型水稻小孢子雄性不育的關鍵。