温敏不育突变体（reversible male sterile）育性转换机制的研究

Photoperiod/Thermo-sensitive genic male sterile (P/TGMS) lines are widely used in the breeding of hybrid crops. Although some (P/TGMS) genes have been identified, the mechanism of sterility–fertility conversion is still unclear. In previous work, we isolated a novel reversible male sterile (rvms) line, which exhibits the sterility phenotype under normal temperature and restored fertility under low temperatures. In this project we will: 1) analyze the role of RVMS gene in pollen development throughout biochemical and molecular approaches; 2) the fertility restoration mutant (suppressor of RVMS) from rvms has been isolated. We will identify the SRV restore gene and study its biological function; 3) comparative analyze the relationship between the SRV and RVMS to obtain the related genes, elucidating the molecular mechanism of sterility–fertility conversion of rvms. The rice osrvms mutant will be used to verify the conservative role of this sterility–fertility conversion mechanism in crops. This project will provide theoretical and technical support for the hybrid breeding and genetic improvement in the agricultural production.

光温敏不育突变体在作物两系法杂交制种中应用广泛。当前的研究已经克隆了一些光温敏位点，但其育性转换机制仍不清楚。在前期工作中，我们获得了一个新的拟南芥温敏不育突变体—reversible male sterile (rvms)，该突变体表现为常温不育，低温育性恢复的表型。在本项目中，我们将以该突变体为基础，展开以下研究：1）通过生化分子手段阐明RVMS基因在花粉发育中的作用；2）在rvms的背景下，已筛选得到育性恢复的突变体----suppressor of rvms (srv)，我们将克隆SRV基因并对其生物学功能进行深入研究；3）通过比较分析SRV与RVMS的功能联系并获得参与调控育性转换的基因，进而阐明rvms突变体育性恢复的分子机制。同时，利用已获得的水稻osrvms突变体，验证该温敏恢复机制在作物中的保守性。本项目的完成将为农业生产中的杂交制种和遗传改良提供理论和技术支持。

光温敏不育突变体在作物两系法杂交制种中应用广泛。当前的研究已经克隆了一些光温敏位点，但其育性转换机制仍不清楚。在本项目中， 我们在获得拟南芥温敏不育突变体rvms的基础上，通过细胞学和生化分析手段阐明了RVMS基因编码一个在小孢子母细胞中特异表达的脂酶，参与到了花粉壁与细胞膜成分合成的通路当中。同时利用化学诱变剂通过遗传筛选获得了在rvms的背景下常温育性恢复的突变体srv1以及srv2，高通量测序分析后，克隆到了SRV1和SRV2基因。基因功能研究表明，SRV1作为细胞周期蛋白依赖性激酶，参与到第二次减数分裂的胞浆移动过程。 srv1突变体的减数分裂的过程被明显延迟。延迟的减数分裂过程为rvms突变体的小孢子花粉外壁内层的积累争取了时间，使小孢子存活。从而阐明了低温作为共同的环境信号，通过减缓生长发育来恢复温敏不育系的一个普遍机制。而SRV2作为多聚半乳糖醛酸酶参与到四分体初生壁果胶层的降解过程中。srv2突变体以及该基因的强突变体是由于四分体外果胶层的降解延迟，为温敏突变体中有缺陷的小孢子提供了足够的保护，从而使其发育恢复正常。这部分工作解析了温敏不育系在小孢子细胞壁转换过程中育性恢复的细胞学机制。本项目的完成为农业生产中的杂交制种和遗传改良提供了理论和技术支持。