水稻雌雄不育基因XF2的克隆及其控制減數分裂的機制

《水稻雌雄不育基因XF2的克隆及其控制減數分裂的機制》是李雙成為項目負責人，四川農業大學為依託單位的面上項目。

基本介紹

• 中文名：水稻雌雄不育基因XF2的克隆及其控制減數分裂的機制
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：李雙成
• 依託單位：四川農業大學

項目摘要

減數分裂是有性生殖最重要的過程。大量減數分裂功能基因克隆顯示，植物的減數分裂既保守又特殊。我們前期發現了一個水稻不育突變體xf2，經正反雜交和細胞學分析顯示其雌雄器官均不育（花粉不著色，胚囊無分化），花粉發育過程初步顯示花粉母細胞減數分裂時期出現異常。利用圖位克隆法，將XF2基因定位於水稻染色體約40 kb區域內。候選區間測序顯示，突變體僅在一個未知功能基因的第6外顯子上發生2 bp缺失，導致該蛋白大幅截短。比對分析發現，該蛋白與擬南芥減數分裂重組相關的S基因具有同源性，推測XF2為該基因在水稻中的同源基因。本研究擬利用功能互補、基因敲出等方法驗證XF2的功能，並以細胞學等方法證實該基因在水稻減數分裂過程中的具體作用並揭示其與擬南芥的異同。同時，利用酵母雙雜交等互作分析方法結合功能分析手段，鑑定與XF2發生直接作用的互作蛋白的功能，以期揭示XF2及其互作蛋白在控制水稻減數分裂過程中的機制。

結題摘要

減數分裂是真核生物有性繁殖所必需的過程，對植物育性及生產有重要影響。交叉(cross over, CO)不僅是減數分裂所必需的，也是配子中新的等位基因組合形成的基礎。這項研究利用圖位克隆法，成功分離了一個減數分裂關鍵基因OsSHOC1。在Osshoc1突變體中，雌、雄配子體發育均不正常，細胞觀察發現該突變體在減數分裂過程中CO數量顯著減少，導致未配對單價體大量增加。利用CRISPR/Cas9技術敲除該基因，敲除（KO）突變體能重演Osshoc1突變表型，說明OsSHOC1是水稻正常CO形成所必需的。進一步利用酵母雙雜交（Y2H）、螢光雙分子互補（BiFC）和免疫共沉澱（Co-IP）等實驗證實，OsSHOC1能與OsPTD1發生直接相互作用，基因敲除OsPTD1後發現敲除植株與Osshoc1突變表型高度類似，也表現雌雄不育及CO數量減少。此外，該研究還利用q-PCR，GUS報告基因和原位雜交等手段研究了兩個基因的表達模式，系統證實它們均主要在減數分裂期小花表達，與其功能基本一致。總之，該研究表明，OsSHOC1和OsPTD1是水稻雌雄育性和減數分裂CO形成的必要條件，並可能提示一種普遍保守的減數分裂機制。