水稻雌配子不育基因的克隆和功能分析

Fertility is one of the important agronomic traits affecting rice yield. Infertility includes male sterility and female sterility. Although the female gametophyte is critical to the reproductive process, research on molecular mechanisms governing the female sterility is far behind that on male sterility due to the difficulty of charactering and phenotyping of female-sterile mutants. we have conducted fine mapping of the female sterility gene using the F2 population. The gene underlying female sterility was confirmed by editing RFS1 in wildtype using CRISPR-CAS9 technology. In this program, we want to elucidate the mechanism to regulate female fertility through detecting the mRNA fold by quantitative RT-PCR, the subcellular localization of RFS1 protein, the biologic function of RFS1 gene. The achievements of this program will add to our understanding of rice female sterility and aid in elucidating the mechanism of hybrid sterility.

育性是影响稻谷产量的重要农艺性状。不育包括雄性不育和雌性不育。虽然雌配子体对生殖过程非常重要；但由于雌性不育材料较难获得、表型鉴定困难等原因，雌性不育机制的研究滞后于雄性不育。申请人利用构建的F2群体进行了基因的精细定位，利用CRSIPR-CAS9技术对野生型基因RFS1进行编辑出现了突变体的表型，确定了目的基因。本项目将在前期工作基础上，通过基因时空表达分析、蛋白质的特性分析和互作蛋白的筛选鉴定，来阐明RFS1控制雌配子育性的分子机制。本项目的研究结果将加深我们对雌性不育的认识，也为阐明籼粳亚种间杂种不育的分子机制提供借鉴。

育性是影响稻谷产量的重要农艺性状。水稻每朵颖花只有一个胚囊，一旦败育就无法结实。本研究以前期鉴定到的雌配子部分败育的突变体为材料，进行了基因图位克隆与功能验证、阐明了水稻OsRFS1通过影响减数分裂过程进而调控胚囊育性的分子机制。本项目研究内容以及取得的研究进展主要包括以下四个方面：1）明确了胚囊败育的时期和细胞学机理，突变体rfs1中大约40%的功能大孢子和野生型类似，最终发育成正常的胚囊，另一部分功能大孢子则逐渐退化，不能形成细胞结构完整的胚囊。2）明确了RFS1蛋白的亚细胞定位，RFS1蛋白的亚细胞定位分析，发现RFS1蛋白非常清晰地定位于细胞核，与RFS1参与大孢子母细胞的减数分裂过程的功能特性相一致。3）明确了RFS1基因的时空表达模式，RFS1从幼穗分化到减数分裂时期表达量较高。4）基本阐明了RFS1调控胚囊育性的分子机制，OsRFS1通过和OsMLH1形成异源二聚体，调控减数分裂过程中的交叉形成；在rfs1突变体中，染色体在减数分裂期行为异常，导致胚囊发育异常。本项目的研究结果将加深我们对雌性不育的认识。此外，可借助基因编辑技术对启动子进行删除，创制雌性不育恢复系材料，以减少水稻杂交制种过程中去除恢复系的工作，在杂交稻制种生产上具有十分重要的应用前景。