[发明专利]一个控制水稻育性基因OsRPA2c的克隆及应用

说明书

技术领域

本发明涉及植物基因工程领域。具体的说，具体涉及一个参与控制水稻减数分裂过程中同源染色体重组的基因OsRPA2c的克隆、功能验证及利用。本发明利用水稻T-DNA插入突变体库，分离克隆一个通过参与控制水稻减数分裂过程中同源染色体重组，进而控制水稻育性的基因OsRPA2c。本发明还涉及利用该基因在培育作物雄性不育系和反向育种过程中获得育种亲本并最终生产杂交种子的应用。 

背景技术

植物有性生殖不仅是其生活史中的重要组成部分，而且通过植物的生殖过程产生的种子或果实往往是重要的食物，对人类具有重要的意义。但是，当我们进行植物生产的目的不是种子或果实时，生殖过程中产生的种子或果实往往会降低目标器官的产量或影响其品质，有时植物产生的种子或果实还会对环境造成污染，如悬铃木的种子。因此，阐明植物调控生殖的途径和机理，进而人为控制植物的育性对植物的生产具有重要的应用价值。 

在植物的生活史中，要经历二倍体的孢子体时代和单倍体的配子体时代。在孢子体时代，真核生物进行减数分裂形成单倍体的孢子；接下来，来自父母本的配子的融合使后代恢复到其双亲二倍体的水平。因此，减数分裂在植物世代交替中扮演重要的角色，并在植物的育性控制中起着非常重要的作用。调控减数分裂已成为培育无籽果实的植物新品种的重要潜在途径。 

减数分裂是二倍体的生殖母细胞在一次DNA复制后经过连续两次的细胞分裂（减数分裂I和减数分裂II），形成单倍体的雌雄配子的过程，随后，来自父母本的单倍体配子的融合使后代恢复到其双亲二倍体的水平。减数分裂过程中发生的同源染色体之间的重组和交换在保证遗传物质稳定遗传的同时，也使后代不同个体之间出现一定的遗传多样性，这对生物适应不同的生存环境和进化有重要的意义。 

为了便于研究，减数分裂的两次分裂过程分别被人为的划分为前期(prophase)、中期(metaphase)、后期(anaphase)和末期(telophase)。其中在减数分裂I的前期（前期I），其染色体行为是减数分裂过程特有的，而且也是减数分裂过程中最复杂的一个时期。为了保证同源染色体能够正确的分配到子代细胞中，前期I的染色体要发生一系列的行为，包括同源染色体的凝集、靠近、联会、配对以及分离。人们根据这些细胞学特征，将前期I划分为5个时期：细线期(leptotene)、偶线期(zygotene)、粗线期(pachytene)、双线期(diplotene)、终变期(diakinesis)。 

在减数分裂的前期I时，同源染色体的配对、联会、重组并形成交叉结，这一过程在真核生物中是一个保守的过程。传统的观点认为减数分裂过程中同源重组发生在同源染色体配对之后；但是，根据现代分子生物学的研究发现配对是重组的结果而非重组的前提。在酵母、小鼠和拟南芥等模式生物的中，越来越多的证据表明重组是依赖于DSB（双链断裂）的形成和修复过程。 

近十多年来，人们以酵母做为研究减数分裂的模式生物，鉴定了许多控制减数分裂的基因。此外，人们通过正向或反向遗传学的手段也在植物功能基因研究的模式生物拟南芥中克隆了几十个控制减数分裂的基因(Mercier,R.and Grelon,M.2008,Meiosis in plants:ten years of gene discovery.Cytogenet Genome Res,120,281–290;Ma,H.2006A Molecular Portrait of Arabidopsis Meiosis.In The Arabidopsis Book.Somerville,C.and Meyerowitz,E.eds,pp.1–39)。研究表明，减数分裂是一种在真核生物中很保守的机制。 

水稻由于其较小的基因组序列、已经成为植物研究的重要模式之一，而且，减数分裂是真核生物中很保守的机制，因此，水稻减数分裂研究的结果可以对其它植物的研究起重要的指导作用。本研究所涉及的OsRPA2c就是水稻中控制减数分裂的基因，水稻osrpa2c突变体具有正常形态，但是却完全不育，进一步的研究发现，造成其不育的根本原因是减数分裂过程中同源染色体不能形成二价体。