一个可能与水稻花粉发育相关的ABC transporter 基因的功能验证与分析

花粉的正常发育离不开绒毡层向其传送大量的物质，而物质的传递又离不开物质的跨膜运输。ABC transporter 是一类跨膜运输蛋白，水稻中有120多个基因编码不同的ABC 转运蛋白。目前研究未发现与水稻花粉发育相关的该类基因。我们图位克隆到一个水稻雄不育基因Ostd(t),信息分析表明该基因属于ABC transporter 基因的一个亚家族。突变体表现为不育花药白色瘦小，花药绒毡层在小孢子释放后，胞质浓缩但不降解，后又脱离花药壁，小孢子完全降解成碎片，最后在显微镜下无可见花粉。本项目打算用遗传互补、原位杂交、RT-PCR、亚细胞定位等方法，对该基因进行功能验证、表达模式和作用场所研究，以及Ostd(t)基因的网络关系的研究。本研究有可能获得ABC转运蛋白基因调控花粉发育的重要证据，从而发现并确证一个新的花粉发育基因，增加花粉发育相关的基因网络的认识。

角质和孢粉素对花药外表皮和花粉外壁发育有重要作用。它们的脂质前体产生于绒毡层中，从绒毡层分泌出来后，运往花药和花粉表面聚合。在花粉发育中，人们对脂类转运的分子机制的了解还很少。用一个水稻核不育突变体ostd(t)（现命名为osabcg15，下同）,通过基因定位，我们克隆了一个与脂类转运有关的ATP- binding cassette (ABC) transporter 基因Ostd(t)（现命名为OsABCG15，下同），并通过转基因验证了该基因在水稻花粉发育中的功能。显微观察表明，突变体绒毡层乌氏体发育异常，中层异常变厚；突变体花药和花粉表面脂类沉积失败，花药和花粉外表面光滑；小孢子从四分体中释放出来不久就开始降解，最后造成无花粉型不育。Q-PCR和RNA原位杂交表明，OsABCG15基因主要在花药发育的8-10期，特异表达于绒毡层。亚细胞定位表明OsABCG15蛋白为细胞膜定位蛋白。上述结果表明OsABCG15基因在花药外表皮和花粉外壁发育中有重要作用，同绒毡层分泌脂类前体密切相关。本研究促进了人们对花粉发育中脂类运输机制的认识。