一个新的水稻重组相关蛋白的克隆与功能研究

Recombination is responsible for generating genetic variation by creating new combinations of different genes. For crop breeding, it is utilized as an unparalleled instrument. However, the mechanisms controlling distribution of recombination events in rice remains poorly understood. Previously, we identified a novel CO protein, named HIP1, by screening of interacting proteins with HEI10 using yeast two-hybrid system. In this proposal, we are going to conduct cytological observation, genetic analysis, ubiquitination assay etc. to elucidate HIP1 function in homologous recombination. Furthermore, using HIP1 specific antibodies, we also intent to obtain high-resolution genome-wide map of crossover hotspots in rice and further identified the hotspot sequence motif by ChIP-seq. By these studies, we seek to unravel molecular mechanisms of crossover formation. Moreover, we may also get some knowledge on controlling distribution of crossover by manipulation of HIP1 for crop breeding.

农作物育种过程中，优良基因等位变异通过遗传重组整合到同一遗传背景中，完成新品种的选育。随着愈来愈多优良基因的聚合，现有品种资源中的有利基因已经逐渐被广泛利用，新品种选育的瓶颈效应愈发明显。因此，目的性地调控重组发生的位置，将有助于实现优良基因聚合，高效培育超级优良品种。我们实验室在多年从事水稻减数分裂遗传调控研究的基础上，克隆了一个新的交叉结蛋白HIP1。本课题拟以HIP1为研究切入点，通过细胞学、遗传学、生物化学以及生物信息学等研究方法，详细研究HIP1参与交叉结形成的分子机制和遗传调控网络；利用HIP1特异抗体，通过ChIP-seq手段描绘遗传重组热点区域图谱，揭示重组热点区域可能存在的保守DNA基序。相关研究结果不仅增加对同源重组调控分子机理的认识，更为解决农作物育种现行的技术瓶颈提供理论指导。

减数分裂过程中，交叉结的正确产生确保了同源染色体的正常分离以及遗传物质的交换重组。一旦交叉结形成错误，对农作物而言会造成配子败育，植株不接种子，严重影响作物产量。目前有关交叉结形成分子机制有待进一步揭示。.我们克隆了一个新的交叉结蛋白HIP1，详细研究HIP1参与交叉结形成的分子机制和遗传调控网络。hip1突变体中小孢子母细胞平均产生的交叉结数目仅为3个左右，交叉结数目同野生型相比显著降低；HIP1蛋白在整个减数分裂前期I均表现为点状分布；hip1突变体中，早期重组事件均能正常发生，而且HIP1位于PAIR1、OsCOM1以及OsDMC1基因下游行使功能；HIP1与ZMM类成员HEI10、OsZIP4和OsMSH5，以及与支架蛋白OsRPA1A存在相互作用，暗示HIP1蛋白很可能通过支架蛋白OsRPA1A介导了一类和二类交叉结间的相互交流和最终决定。