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减数分裂是有性生殖过程中非常重要的生物学事件。减数分裂过程中，DNA复制一次，细胞分裂两次，从而促使二倍体世代到单倍体世代的转化。雌雄配子体融合使得合子染色体数目和亲本染色体数目相一致，从而保证物种倍性的世代稳定性。同源染色体重组是减数分裂的重要事件，同源染色体间的物质交换促进遗传多样性的发生;同源染色体重组产生的交叉结可以将同源染色体紧密连接在一起，保证同源染色体准确地和纺锤体连接并且确保同源染色体均等分向细胞两极。减数分裂重组起始于DNA双链断裂(double-strand breaks，DSBs)的产生。出芽酵母中，DSB的发生需要Spo11和其辅助蛋白(例如:Ski8、Rec102、Rec104、Mei4、Mer2、Rec114、Mre11、Rad50和Xrs2)的参与，然而，这些蛋白在物种间并不十分保守。 借助图位克隆技术，我们分离到一个水稻新基因，命名为PAIR4，该基因是水稻DSB形成所必需的因子。在pair4突变体中，我们观察不到DSB形成标记的信号(例如:γH2AX和OsDMC1)。并且，我们发现在pair4突变体背景下，DSB修复缺陷突变体Osrad51c和Oshus1中的缺陷表型可以被去除。凝胶电泳迁移实验(EMSA)表明PAIR4具有双链DNA结合活性。体外拓扑异构酶活性检测实验表明PAIR4具有双链DNA切割活性。此外，酵母双杂交和双荧光互补实验表明PAIR4和OsSPO11-1以及OsSPO11-2具有强烈的相互作用，说明PAIR4通过和SPO11形成一个大的蛋白复合体来共同催化DSB发生。和PAIR4参与DSB形成的观点相一致，免疫荧光定位实验表明PAIR4定位在染色体线圈上，染色体线圈被认为是重组发生的位点。 在和pair4突变体表型相似的其它水稻突变体中(例如:crc1和pair3)，通过免疫荧光定位实验，我们观察不到PAIR4的信号，说明PAIR4的定位需要CRC1和PAIR3。在DSB加工突变体Osmer3中可以观察到PAIR4的蛋白定位，说明PAIR4在DSB加工蛋白的上游发挥作用。PAIR4突变将导致染色体轴相关蛋白PAIR2从染色体上延迟消失。该基因突变不影响PAIR3的正常定位。但是，染色体横向纤维蛋白OsZEP1的定位出现异常，说明联会复合体不能正常形成。在pair4突变体中，重组相关蛋白(例如:OsCOM1、OsRAD51C、OsDMC1和OsMER3)的定位受到影响。 更重要的是PAIR4和古细菌TopVIB具有结构相似性，说明PAIR4可能是一类新的TopVIB同源蛋白。我们推测，和古细菌一样，水稻减数分裂DSB是由TopVIA和TopVIB所形成的二聚体催化产生的。