调控拟南芥花粉外壁形成基因的克隆与功能分析

花粉外壁的主要成分是孢粉素，形成花粉表面的纹饰结构，保护花粉抵御各种环境胁迫和微生物的侵害，参与细胞间的识别。在本项目的前期研究中，分离到拟南芥雄性不育突变体ms1142。该突变体小孢子外壁结构异常，且空泡化，最后不能形成花粉粒。我们利用图位克隆方法已经将MS1142基因定位在拟南芥第一条染色体上44KB范围内，该区间尚未见到花粉外壁形成相关基因的报道。本项目，我们将利用图位克隆的方法，克隆这一调控花粉外壁发育的重要基因MS1142；在此基础上，进一步研究该基因的功能，包括原位杂交、RT-PCR分析、启动子/GUS分析研究基因的时空表达模式，以及蛋白质亚细胞定位等；通过与其他花粉壁形成关键基因的双突变分析，鉴定该基因在花粉外壁形成过程中的遗传通路。本项目的完成将加深我们对高等植物花粉外壁形成分子机理的了解。

花粉外壁的形成对花粉的发育具有非常重要的作用，包括保护花粉抵御各种环境胁迫和微生物的侵害，参与细胞（柱头细胞）的识别等。花粉外壁主要由孢粉素构成。本项目通过EMS诱变获得一株单个核基因控制的雄性不育突变体ms1142，利用图位克隆的方法克隆到MS1142基因。该基因编码一个乙酰辅酶A合成酶，负责脂肪类物质的运输，从而参与孢粉素前体物质的合成。该基因主要在花药绒毡层中表达，编码的蛋白定位于细胞质中。遗传通路分析表明该基因作用在DYT1和TDF1基因的下游。该基因突变影响了孢粉素的合成，也同时影响了花粉初生外壁的形成，导致了花粉发育过程中小孢子外壁模式形成的异常从而破碎降解。因此在成熟的花药中没有花粉粒的形成，最终导致该突变体的完全雄性不育。该基因的克隆与功能分析加深了人们对花粉外壁形成分子机理的理解。