水稻减数分裂相关雄性不育突变体md1的细胞学分析

The hybridization is one of the important ways of improving the rice yield. Male sterility, as an effective prerequisite and the foundation, has been widely used for the utilization of heterosis in rice. The meiosis of pollen mother cell is the crucial process of determining pollen fertility.Therefore, the study of molecular mechanism of meiosis led to increase in our understanding of male infertility. One male-sterile mutant (meiosis defect1, md1) related to meiosis abnormality was identified in the preliminary study, which MD1 encode a bHLH- type transcriptional factor. Based on the previous study, this research aims to study md1 phenotype of meiosis process through the meiosis chromosomes observation, fluorescence in situ hybridization (FISH), immunofluorescence method; to analyze the meiosis related genes by using chip, in situ hybridization and quantitative RT-PCR; to search the target genes which were regulated by MD1 by chromatin immunity co-precipitation (ChIP) method. The purpose of this study is to provide a theoretical basis for rice crossbreeding by using understanding the regulatory role of the bHLH-type transcription factors in rice meiosis and illustration of the mechanisms and pathways of meiosis in rice male sterility.

杂交育种是提高水稻产量的重要途径之一，而雄性不育性是有效利用杂种优势的前提和基础，花粉母细胞减数分裂是决定花粉育性的关键环节，因此，研究减数分裂分子机制有助于更加充分认识和利用各种雄性不育机理。我们前期研究发现1个减数分裂相关的雄性不育突变体md1 (meiosis defect1)，MD1为编码bHLH类型的转录因子，本研究拟在已有研究基础上，通过减数分裂染色体行为观察、荧光原位杂交（FISH）、免疫荧光染色等方法深入研究md1减数分裂过程表型；利用生物芯片、原位杂交、实时定量Q-PCR等方法分析md1中与减数分裂相关的基因；利用染色质免疫沉淀（ChIP）等技术分析MD1调节的靶标基因，提出MD1在水稻花粉母细胞减数分裂中的调控机制。本研究旨在揭示bHLH类型转录因子在水稻减数分裂过程中的调控作用，进一步阐明减数分裂在水稻雄性不育方面的机制与通路问题，为水稻杂交育种提供一定的理论基础。

杂交育种是提高水稻产量的重要途径之一，而雄性不育性是有效利用杂种优势的前提和基础。本研究通过减数分裂染色体行为观察、免疫荧光染色等方法深入研究了1个减数分裂停止在前期Ⅱ的雄性不育突变体tip2（即md1）的减数分裂过程表型；利用原位杂交、实时定量Q-PCR、染色质免疫沉淀（ChIP）、酵母双杂交等技术分析了TIP2调节的靶标基因及调控网络。研究发现，该突变体花药壁的内三层不能正常分化,后期中层和绒毡层不能正常降解, 导致了完全的雄性不育，并且发现，TIP2为编码bHLH类型的转录因子，TIP2通过激活另一个bHLH转录因子TDR，并与TDR形成蛋白复合体促进绒毡层的细胞分化。在小孢子母细胞完成减数分裂后，TIP2促进第三个bHLH转录因子EAT1的基因表达，TDR与EAT1形成新的蛋白复合体调节绒毡层的程序性死亡过程。研究揭示了水稻花药中由三个bHLH蛋白TIP2, TDR和EAT1组成的级联调控体系在水稻花药壁细胞层分化、发育和降解等关键节点中起到的转换开关的作用。花药发育和花粉形成是植物完成世代交替的重要环节，认识植物花药发育的分子机制，对于农业生产中作物杂交育种具有重要意义。.此外，本项目还分析了粳稻野生型9522的8个雄性不育突变体减数分裂过程中染色体行为，同时利用免疫荧光染色技术对Q69的减数分裂相关蛋白进行了定位分析；研究了两个ATP结合转运蛋白OsABCG26和 OsABCG15的作用，发现osabcg26 osabcg15双突变体出现了花药角质层和花粉管外壁几乎完全消失的现象，OsABCG26主要作用于脂质分子从绒毡层细胞到花药壁层的转运，而OsABCG15主要作用于花粉外膜发育过程中的脂质分子从绒毡层到花药室的转运，两者协同调节水稻的雄性生殖；研究了类受体蛋白激酶在花药细胞中的作用，发现MSP1能与它们的特异性配体OsTDL1A结合，从而出现了中层和绒毡层细胞的缺失，而且出现了越来越多的小孢子母细胞，调节着花药的发育；利用转录组数据分析了天冬氨酸蛋白酶(APs)在花药发育过程中的可能功能。.以上研究丰富了对植物生殖发育机制和调控网络的理解，也为水稻的杂交育种提供了新的基因资源。