PPFS调节多倍体水稻花粉育性的功能研究

多倍化是水稻育种的重要途径，而减数分裂紊乱导致的低结实率一直是多倍体水稻育种的瓶颈。我们成功选育了高结实性减数分裂稳定品系PMeS，从而突破了这一难题。前期研究表明PMeS水稻花粉育性正常，减数分裂时期PPFS(Polyploid-Pollen-Fertility-Stability)的表达显著高于非PMeS。ppfs突变体花粉育性显著下降，基因功能补偿后育性恢复正常。本研究拟以此为切入点探讨PPFS对PMeS水稻花粉育性调节的分子机制。通过调查影响PMeS水稻花粉育性的关键细胞学事件和特殊调控机制，研究PPFS对减数分裂，花粉的育性和结构的调节作用；通过分析其在PMeS水稻花粉发育中的动态表达及甲基化修饰，明确调节PPFS功能的分子机制；同时探讨可能参与这一发育过程调控的内源激素信号。以期详细解读PPFS 调节PMeS水稻花粉育性的具体功能，为多倍体水稻育种中关键种质的选择提供理论依据。

多倍化是水稻育种的重要途径，但因减数分裂紊乱导致的低结实率一直是制约多倍体水稻育种的瓶颈。减数分裂稳定品系PMeS的成功选育，突破了低结实的难关。前期研究证实PMeS花粉育性正常并高结实。采用比较蛋白质组学方法分析PMeS与非PMeS减数分裂时期花药蛋白质的差异表达，筛选出了在PMeS中显著高表达的ABC家族成员PPFS(Polyploid-Pollen-Fertility-Stability)，定量PCR证实其显著高表达。ppfs花粉育性显著下降，减数分裂和早期花粉出现异常，基因功能补偿后恢复正常。GUS 染色显示该基因在花药和子房中优势表达，说明该基因具组织表达的特异性。不同发育时期的子房表达模式存在一定差异，早期主要在胚中表达，灌浆期则在胚乳中也有部分表达；在不同发育时期的花药中均可以检测到表达；但在营养体根、茎、叶中未检测到表达。进一步对ppfs花粉发育特点进行分析，结果表明ppfs减数分裂前期及减数分裂期表现出孢原细胞及花粉母细胞出现皱缩，退化等现象，从而导致减数分裂以及花粉发育的早期，中期出现系列异常，最终出现大量败育花粉。突变体与野生型相比，结实率显著下降，突变体的结实率低于20% %，相反对照的结实率则高达70.34% ，进一步分析表明胚胎败育主要发生在胚胎发育早期以及灌浆期。关于PPFS影响花粉发育的具体机理有待进一步深入研究。