栽培稻种间杂种不育基因S1的功能分析及分子机理研究

以首次克隆到的轮回亲本粳稻IRAT216（S1-j型）与替换系IRAT216S1（含非洲稻来源的S1片段，S1-g型）种间具有雌雄配子同时致死效应的杂种不育基因S1为研究对象，通过Western blotting 验证两亲本S1-j/g蛋白的分子量大小与表达量，再通过原核表达S1-j/g研究其生物学功能；通过酵母双杂交技术研究与S1-j/g蛋白互作的调控蛋白及S1-j/g蛋白间直接互作的可能性，初步探索出S1-j/g产生杂种不育的分子机理；通过EGFP-S1-g载体转化IRAT216以及EGFP-S1-j转化IRAT216S1，对转化T0代植株进行花粉减数分裂四分体小孢子间与胚囊大孢子间的荧光表达与胞间运输情况观察，确定S1-g与S1-j两种蛋白产生杂种不育作用模式与信号传导。S1是一个具有重要生殖隔离与物种进化意义的杂种不育基因，对水稻种间杂种优势的利用具有深远的理论意义与实践价值。

本研究以前期在国内外首次克隆到的亚洲栽培稻（IRAT216，以下含有的基因或蛋白称S1-j）与非洲栽培稻（IRGC102203 ，以下含有的基因或蛋白称S1-g）种间具有雌雄配子同时致死效应的杂种不育基因S1为研究对象，构建了相应的转化互补载体，优化了转化体系，进行了相应材料的遗传转化。pCambia1300-S1-g1转化IRAT216，pCambia1300-S1-g1转化粳稻ZH11，pCambia 1300-S1-g2转化IRAT216，pCambia1300-S1-g2转化ZH11，pCambia1300-S1-j1转化IRAT216S1，反义载体pOX-antisense-S1转化F1，都得到了一些转化植株。pCambia 1300-S1-g1转化IRAT216和ZH11的几个T0代转化体出现了符合预期的花粉与小穗全不育的表型，而pCambia1300-S1-j1转化IRAT216S1的1个T0代转化体出现了符合预期的花粉与小穗半不育的表型。.测定出了两个等位基因的各种转录本，发现各自存在有可变剪接现象，还有在F1测定出了两个转录本的偏分离表达情况，从而确定了其基因作用互作模式已经在转录时发生，另外通过酵母双杂交技术研究出了与S1-j/g两类蛋白互作的下游调控蛋白，以及检测出了S1-j/g两类蛋白不能直接互作，初步探索出了S1-j/g产生杂种不育的分子机理。.S1在野生稻进化过程中出现了分化。非洲栽培稻及其祖先种巴蒂野生稻以及长雄野生稻和药用野生稻的S1编码全长的蛋白，属于野生型；亚洲栽培粳稻及其祖先种普通野生稻和尼瓦拉野生稻的S1含有共同的第244位终止密码，属于突变型。这个突变产生了杂种不育，对稻属的种间生殖隔离和物种分化起了重要的作用。.S1蛋白是核定位蛋白，核定位信号位于多肽链的N端。用酵母双杂交系统筛选发现5个与S1互作的蛋白，分别是假定的锌带结构域蛋白，含DUF674的未知功能蛋白，酯酶或脂酶超级家族蛋白，DnaJ-like蛋白，核糖体小亚基40S的一个组分蛋白S26。