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多倍体化是植物进化的重要方式,多倍体植物在产量、抗逆性、营养成分及次生代谢产物含量等多方面均具有明显优势。主要粮、棉、油作物,如小麦、棉花、油菜等都是多倍体,倍性的增加使其产量大幅增加。但是,同源四倍体水稻,由于四条同源染色体来源相同,导致减数分裂时联会配对紊乱,形成四价体、三价体、单价体、多价体等,从而造成后期染色体的不均衡分配,导致育性降低,表现为低结实率,严重制约多倍体水稻的应用和发展。在自然界植物进化的启示下,蔡得田等提出了“利用远缘杂交和多倍体双重优势选育超级稻”的育种新策略。经过多年研究,成功选育出具有高结实特性的多倍体减数分裂稳定性（Polyploid Meiosis Stability,PMe S）品系。PMe S品系的成功选育突破了多倍体水稻低结实率瓶颈问题,在多倍体水稻育种和生产中发挥了重要作用。为了解PMe S品系减数分裂稳定性和高结实性的遗传机理,前期研究采用转录组测序技术进行了PMe S品系（HN2026-4X）和非PMe S品系（9311-4X）减数分裂时期基因差异表达分析,筛选获得了多个在PMe S品系与非PMe S品系间差异表达明显的减数分裂基因,其中OsRad51A1是差异表达非常显著的基因之一。因此,本研究具体开展了OsRad51A1基因的克隆及功能分析研究,以期探明该基因维持多倍体水稻减数分裂稳定和高结实性的机理。研究首先利用在酵母中已被克隆的减数分裂基因Rad51,并且利用生物信息学手段在水稻全基因组序列的数据库中找到了该基因的同源基因OsRad51A1。在实验室现有部分高、低结实材料中提取总RNA并反转录出c DNA,利用实时荧光定量PCR测定该基因在各个材料中减数分裂时期的幼穗中表达量的差异,发现该基因在各个材料中均有表达,但是高结实材料中的表达量比低结实材料中的表达量要高出很多。随后,设计这个基因的特异性引物,从PMe S品系中克隆出OsRad51A1基因c DNA的核心片段,长度为1166 bp,预估编码的蛋白质大小为46.64KDa。为了验证该基因的功能,本研究设计了该基因的RNA干扰和超量表达两种载体,利用农杆菌介导转化法分别侵染HN2026-4X、HN2026-2X和巴利拉-4X、9311-4X四种材料的愈伤组织后进行分化和生根培养,并且成功获得了RNA干扰的HN2026-2X和超量表达的巴利拉-4X两种转基因植株,其中HN2026-2X的RNA干扰转基因苗有15株,巴利拉-4X超表达转基因苗有16株;待植株开花时进行花粉育性观察,发现RNA干扰植株花药干瘪,花粉数量少,I2-KI染色观察可育花粉率仅为42.57%,而野生型可育花粉率为83.66%;巴利拉-4X超量表达植株花药变化不明显,但是其可育花粉率由野生型的47.45%提高到81.86%。待植株成熟之后对其主要农艺性状进行考察,发现超表达植株的结实率有很大提升,由野生型的33.40%提高到61.97%;而RNA干扰植株的结实率急剧下降,由野生型的81.40%降低到1.81%,而且多个植株表现为完全不育。说明OsRad51A1基因在减数分裂过程中具有重要作用,进而影响花粉的育性和结实率。为了进行该基因蛋白的细胞定位、组织原位杂交、Western blot和蛋白质性质分析等后续研究,本研究已把基因核心片段成功转入大肠杆菌、毕赤酵母的表达系统中。最终该蛋白质在大肠杆菌和毕赤酵母中均获得明显表达。研究结果表明OsRad51A1对于水稻的减数分裂起到重要作用,有利于维持水稻减数分裂的稳定,有利于提高结实率;蛋白质的表达证明该基因有可能是通过翻译出的蛋白质而起作用。