《水稻雜種花粉不育基因Sc的功能分析與分子機理》是依託華南農業大學，由沈榮鑫擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：水稻雜種花粉不育基因Sc的功能分析與分子機理
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：沈榮鑫
- 依託單位：華南農業大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
水稻秈粳亞種間雜種具有強大的雜種優勢，但是雜種不育限制了亞種間雜種優勢的有效利用，因此克隆雜種不育基因，闡明雜種不育的分子機理，在理論和生產實踐上均有重要的意義。前期通過圖位克隆的方法我們已經克隆到了控制水稻秈粳亞種間雜種不育的Sc候選基因，並發現候選基因等位基因間在胺基酸序列和表達水平均存在大量差異。利用RNA干涉技術沉默Sc基因導致水稻花葯發育異常，初步表明該基因為花葯發育必需基因。本項目擬在前期研究的基礎上通過轉化體的細胞學觀察和絨氈層發育相關基因的表達分析進一步研究Sc調控水稻花葯發育的分子機制；同時通過轉化體後代的遺傳分析，結合等位基因間的蛋白互作研究，等位基因的亞細胞定位以及目的基因的表達模式研究，驗證候選基因雜種不育功能，揭示水稻雜種花粉不育的分子機理。本項目的實施將為深入理解水稻秈粳雜種不育提供了重要的理論指導，為水稻亞種間雜種優勢的有效利用奠定基礎。
結題摘要
水稻秈粳雜種存在嚴重的雜種不育現象，導致結實率下降，極大限制了強雜種優勢的利用。克隆控制植物雜種不育的基因並闡明其分子機理，在理論和生產實踐上有重要的意義。我們前期的研究定位了一個控制水稻秈粳雜種不育的主效遺傳座位Sc。在過去3年中，通過國家基金委資助，本項目進一步克隆了Sc座位的目標基因並驗證了候選基因的雜種不育功能，同時提出了一個分子遺傳模型解析Sc座位雜種不育的分子機理。本項目主要研究內容以及獲得的重要結果包括以下五個方面：（1）通過序列分析發現，秈粳等位基因Sc-j與 Sc-i間存在複雜的基因結構和基因拷貝數變異。其中，粳型等位基因座僅包含一個基因Sc-j，而秈型基因座Sc-i存在序列重組和大片段基因拷貝數重複（CNVs）；（2）發現Sc-i座位CNVs與雜種不育密切相關，重複拷貝的數目越多，秈粳雜種不育程度越嚴重；（3）表達分析顯示Sc-j基因在二核期花粉中特異表達，功能驗證發現Sc-j基因是花粉發育必需基因；（4）秈粳雜種F1中Sc等位基因的遺傳互作會導致粳型Sc-j基因表達水平的大幅度下降，造成攜帶Sc-j的花粉選擇性敗育；（5）利用CRISPR/Cas9技術修飾Sc-i座位的基因拷貝數可以克服該座位的雜種不育效應，創造雜種親和材料。本項目克隆了一個新的秈粳雜種不育基因，發現了基因CNVs控制了水稻雜種不育，而CNVs調控物種生殖隔離與等位基因的表達的現象還未見報導；同時揭示了一種基於等位基因劑量效應驅動的選擇性基因沉默即稱為等位抑制（allelic suppression）的新型雜種不育分子機制，該現象的發現將進一步豐富對基因表達調控機制的認識；本項目還建立了一種高效的基於基因編輯打破亞種間雜種不親和性的技術方法，這種策略可為其他位點雜種不育的克服提供借鑑。總之，本研究成果深化了人們對雜種不育分子遺傳機制的認識，為進一步利用秈粳雜種優勢奠定了理論和技術基礎。
