水稻雄性不育基因MS87的克隆及其功能分析

Male sterility plays an crucial role in the development of hybrid crops based on hybrid vigor for increasing rice production and also provide important materials to study stamen and pollen development in rice. Therefore, to clone the genes of male sterility and elucidate the molecular mechanism underlying is very important for production practice and fundamental research. Previously, we have cloned a candidate gene MS87 responsible for male sterility in rice by a modified MutMap method. Sequence analysis reveals that MS87 shares some similarity with OsABCG15 which is reported to be required for pollen development. In this project, We will further study the biological function of MS87 by means of genetics, molecular and cytology biology. Moreover, we will perform a comparison between MS87 and OsABCG15 in terms of expression pattern, form in vivo, subcellular localization and transport substrate to unravel their roles and relationships in pollen development. Through this project, we will have a deeper understanding of the molecular mechanism of pollen development in rice and also provide theoretical guides for the utilization of MS87 in heterosis breeding.

杂种优势育种是提高水稻产量的主要途径，而水稻雄性不育性是有效利用杂种优势的基础，并广泛应用于水稻杂交育种过程中，同时，雄性不育又是研究水稻花粉发育分子机理的重要材料。因此，克隆水稻雄性不育基因，阐明其产生雄性不育的分子机理，在生产实践和理论上都具有重要的意义。前期我们利用改进的MutMap方法克隆到控制水稻雄性不育的MS87候选基因，并发现该基因与已发表的雄性不育基因OsABCG15同属于ABC转运蛋白家族。本项目将利用分子遗传学、分子生物学、细胞生物学等技术手段解析MS87的生物学功能；同时，通过比较MS87与OsABCG15两个基因在植物组织中表达特异性、存在形式、亚细胞定位以及转运底物来确定它们在水稻花粉发育过程中的相互关系，并揭示其产生雄性不育的分子机理。本项目的实施将不仅加深我们对水稻花粉发育分子机理的理解，而且也为MS87在水稻育种中的应用提供理论指导。

杂种优势育种是提高水稻产量的主要途径，而水稻雄性不育性是有效利用杂种优势的基础，并广泛应用于水稻杂交育种过程中，同时，雄性不育又是研究水稻花粉发育分子机理的重要材料。因此，克隆水稻雄性不育基因，阐明其产生雄性不育的分子机理，在生产实践和理论上都具有重要的意义。前期我们利用改进的MutMap方法克隆到控制水稻雄性不育的候选基因是OsABCG26，并发现该基因与已发表的雄性不育基因OsABCG15同属于ABC转运蛋白家族。本项目利用分子遗传学、分子生物学、细胞生物学等技术手段解析OsABCG26的生物学功能，我们主要得到以下结果：1）功能互补验证确定了突变体的雄性不育表型是由OsABCG26上发生了点突变造成的；2）表达分析发现OsABCG26主要表达在花药和雌蕊；3）细胞学分析表明在osabcg26中绒毡层细胞、脂质体、花粉外壁和花药表皮的形成都存在明显缺陷；4）OsABCG26的突变影响了很多参与花药脂质代谢和转运相关基因的表达比如UDT1, WDA1, CYP704B2, OsABCG15, OsC4和 OsC6；5）在osabcg26 突变中，野生型的花粉能正常萌发但不能在雌蕊中正常的伸长，最终导致突变体不能正常结实。以上结果说明了OSABCG26不仅在花药表皮和花粉外壁形成中起重要作用，而且在花粉与雌蕊互作中起着重要作用。本项目的结果揭示OsABCG26产生雄性不育的分子机理。这不仅加深我们对水稻花粉发育分子机理的理解，而且也为OsABCG26在水稻育种中的应用提供理论指导。