水稻减数分裂调节因子LOBA的克隆与功能分析

Pairing, recombination and synapsis of homologous chromosomes is the key process in meiosis, which promotes the genetic variations, thereby increasing the ability of offspring to adapt to natural selection. Meanwhile it is also the molecular basis of species diversity. In agricultural production, the integration of good traits between different varieties depends on the process of meiotic homologous recombination. As an important food crop and the model plant of monocotyledonous investigation, rice has important scientific significance and application value for its research on meiotic process. In this project, we will obtain a rice meiosis mutant loba by forward genetics method and study on the meiotic process of the mutant. Then we will clone the mutant gene and further analyze the function of the gene through genetic, cellular and molecular biology approaches. In addition, this study intends to analyze the function of the homologous genes of LOBA in Arabidopsis, in order to understand the functional conservation of this gene in plant evolution and provide a better understanding of the regulation mechanism and evolution process on plant meiosis.

在减数分裂过程中，同源染色体进行配对、联会和重组，促进了基因组合的广泛变异，从而增加子代适应自然选择的能力，也是物种多样性的分子基础。在农业生产上，不同品种之间优良性状的整合依赖于减数分裂同源重组过程。水稻作为重要的粮食作物和单子叶模式植物，对其减数分裂过程的研究具有重要的科学意义和应用价值。本项目通过正向遗传学的方法，筛选获得水稻减数分裂突变体loba,对该突变体的减数分裂过程进行分析，克隆获得突变基因，并通过遗传学、细胞生物学、分子生物学的手段，对该基因的功能进行进一步分析。除此以外，本研究还拟对LOBA的拟南芥同源基因的功能进行分析，从而研究该基因在植物进化过程中功能的保守性，为进一步了解植物减数分裂的调节机制和进化过程提供研究基础。

减数分裂是有性生殖的重要环节，研究其调控机制的对于基础生物学和农业生产都具有重要的意义。在本项目中，我们通过正向遗传学的手段分离获得了一个水稻减数分裂异常突变体loba/osprd2。进化分析表明LOBA/OsPRD2属于MEI4/PRD2家族。通过表现观察发现，loba/osprd2突变体减数分裂不能形成DSB，同源染色体配对、联会和重组过程不能正常进行；减I期纺锤体的形成正常；LOBA/OsPRD2蛋白定位依赖于DSB形成但不依赖重组和联会过程；LOBA/OsPRD2可能与OsSPO11-4和MTOPVIB形成复合体共同参与DSB的形成；LOBA/OsPRD2蛋白在减数分裂偶线期定位在着丝粒上，但是不影响着丝粒组装、微管蛋白附着和姐妹染色体着丝粒黏连过程；进一步观察发现LOBA/OsPRD2可能参与着丝粒附近染色体凝集过程，但是具体机制还有待进一步研究。综上研究结果，我们发现水稻LOBA/OsPRD2参与减数分裂DSB形成，这与MEI4/PRD2家族的作用是保守的，而与拟南芥PRD2功能不同，水稻LOBA/OsPRD2不参与纺锤体组装过程。本研究结果为进一步了解水稻DSB形成机制提供基础，为不同蛋白进化上功能分化研究提供了参考，也为今后研究着丝粒调控机制和DSB形成与着丝粒功能之间的关系提供了一定的研究基础。