【摘要】：有絲分裂和減數(shù)分裂是生物體中非常重要的細(xì)胞分裂過(guò)程。有絲分裂在維持生物個(gè)體的正常生長(zhǎng)和發(fā)育中起著重要作用;減數(shù)分裂保證有性生殖生物世代之間染色體數(shù)目的穩(wěn)定性,亦為有性生殖過(guò)程中創(chuàng)造變異提供了遺傳的物質(zhì)基礎(chǔ)。DNA雙鏈斷裂(DSB)作為一種DNA損傷現(xiàn)象,對(duì)有絲分裂和減數(shù)分裂都有著重要影響。MRE11是一個(gè)與細(xì)胞分裂相關(guān)的重要基因,已有研究表明該基因與DNA損傷修復(fù)有著重要關(guān)系。MRE11與RAD50和NBS1共同組成MRN復(fù)合體,參與DNA損傷修復(fù),任一蛋白的缺陷都會(huì)嚴(yán)重影響DNA修復(fù)過(guò)程。目前有關(guān)OsMRE11基因?qū)λ居薪z分裂和減數(shù)分裂調(diào)控的研究較少,因此我們以O(shè)sMRE11為對(duì)象,通過(guò)對(duì)該基因在水稻中不同等位突變的表型分析及目標(biāo)蛋白的功能研究,來(lái)探索MRE11蛋白在DSB修復(fù)途徑中的詳細(xì)作用,以期望初步解析其在有絲分裂及減數(shù)分裂這兩種細(xì)胞分裂方式中的功能差異。本研究中,我們通過(guò)T-DNA插入突變體鑒定及CRISPR/Cas9技術(shù),獲得水稻OsMRE11三個(gè)不同等位突變體,分別命名為Osmre11-1、Osmre11-2和Osmre11-3。通過(guò)對(duì)三者營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)及生殖生長(zhǎng)的詳細(xì)觀察和分析,我們發(fā)現(xiàn)不同Osmre11等位突變體均表現(xiàn)出明顯的配子發(fā)生缺陷,植株不育。細(xì)胞學(xué)分析顯示突變體花粉母細(xì)胞染色體行為異常,終變期及中期Ⅰ發(fā)生染色體黏連,后期Ⅰ產(chǎn)生大量染色體碎片,導(dǎo)致遺傳物質(zhì)不能在子代細(xì)胞均等分配,致使植株不育。以上減數(shù)分裂異常表型與已報(bào)道的OsMRE11RNAi株系中獲得的結(jié)果一致。在此基礎(chǔ)上,我們采用免疫染色方法檢測(cè)突變體中DSB形成和修復(fù)相關(guān)蛋白的定位情況,以及聯(lián)會(huì)復(fù)合體形成狀態(tài)。結(jié)果顯示,DSB指示信號(hào)γH2AX定位與野生型中結(jié)果相比沒(méi)有顯著差異,突變體前期Ⅰ早期染色體軸相關(guān)蛋白PAIR2和PAIR3可組裝成線,但是聯(lián)會(huì)復(fù)合體橫絲蛋白ZEP1的裝配及延伸無(wú)法正常進(jìn)行。而DSB修復(fù)相關(guān)蛋白OsDMC1則無(wú)法定位于突變體減數(shù)分裂染色體上,同時(shí)DSB修復(fù)產(chǎn)物交叉的指示蛋白HEI10的定位亦受到明顯影響。上述結(jié)果表明OsMRE11對(duì)于水稻減數(shù)分裂同源重組及同源染色體聯(lián)會(huì)是必須的。通過(guò)對(duì)水稻Osmre11-1、Osmre11-2和Osmre11-3這三個(gè)不同等位突變體營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)觀察發(fā)現(xiàn),Osmre11-1和Osmre11-2的營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)受到了明顯抑制,幼苗和成株的高度約為野生型高度的50%;與之相異的是,Osmre11-3突變植株的營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)基本正常,植株高度未受影響。比較分析Osmre11-1、1-2和Osmre11-3的突變位點(diǎn),我們發(fā)現(xiàn)三個(gè)不同等位突變體中突變基因均編碼蛋白發(fā)生移碼并提前終止,而(Osmre11-2和OOsmre11-3兩者編碼的截?cái)嗟鞍變H相差29個(gè)氨基酸。結(jié)合表型與序列分析我們推測(cè)這29個(gè)氨基酸很可能是OsMRE11調(diào)控水稻有絲分裂的特異位點(diǎn)。綜上所述,本研究通過(guò)對(duì)水稻OsMRE11基因不同等位突變的表型研究及蛋白結(jié)構(gòu)分析,證明OsMRE11通過(guò)參與水稻性母細(xì)胞同源修復(fù)過(guò)程而調(diào)控減數(shù)分裂。這種調(diào)控作用依賴(lài)于OsMRE11蛋白整體功能,不存在位點(diǎn)差異;而OsMRE11在水稻有絲分裂過(guò)程中的重要作用很可能存在氨基酸位點(diǎn)差異性。有關(guān)OsMRE11對(duì)水稻兩種細(xì)胞分裂方式的差異調(diào)控,需要進(jìn)一步研究及驗(yàn)證。
【圖文】：

圖１．１有絲分裂的基本過(guò)程逡逑Ｆｉｇｕｒｅ邋１．１邋Ｔｈｅ邋ｂａｓｉｃ邋ｐｒｏｃｅｓｓ邋ｏｆ邋ｍｉｔｏｓｉｓ．逡逑１．４減數(shù)分裂主要過(guò)程逡逑減數(shù)分裂和有絲分裂相比，有其特殊的地方，也有很多共同點(diǎn)。減數(shù)分裂同樣分為裂間期和分裂期兩部分，在整個(gè)過(guò)程中ＤＮＡ同樣復(fù)制一次，經(jīng)歷前中后末四個(gè)時(shí)期。是減數(shù)分裂過(guò)程中細(xì)胞會(huì)分裂兩次，而且減數(shù)第一次分裂的前期持續(xù)時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)，發(fā)許多重要的生物學(xué)事件。逡逑１．４．１減數(shù)第一次分裂逡逑前期Ｉ：逡逑該時(shí)期是減數(shù)分裂中相當(dāng)重要的時(shí)期，被分為細(xì)線期、偶線期、粗線期、雙線期和。逡逑

ＭＩＴＯＳＩＳ逡逑５．邋Ａｎａｐｈａｓｅ逡逑圖１．１有絲分裂的基本過(guò)程逡逑Ｆｉｇｕｒｅ邋１．１邋Ｔｈｅ邋ｂａｓｉｃ邋ｐｒｏｃｅｓｓ邋ｏｆ邋ｍｉｔｏｓｉｓ．逡逑１．４減數(shù)分裂主要過(guò)程逡逑減數(shù)分裂和有絲分裂相比，有其特殊的地方，也有很多共同點(diǎn)。減數(shù)分裂同樣分為分逡逑裂間期和分裂期兩部分，在整個(gè)過(guò)程中ＤＮＡ同樣復(fù)制一次，經(jīng)歷前中后末四個(gè)時(shí)期。但逡逑是減數(shù)分裂過(guò)程中細(xì)胞會(huì)分裂兩次，而且減數(shù)第一次分裂的前期持續(xù)時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)，發(fā)生逡逑許多重要的生物學(xué)事件。逡逑１．４．１減數(shù)第一次分裂逡逑前期Ｉ：逡逑該時(shí)期是減數(shù)分裂中相當(dāng)重要的時(shí)期，被分為細(xì)線期、偶線期、粗線期、雙線期和終逡逑變期五個(gè)部分。逡逑細(xì)線期：染色質(zhì)開(kāi)始濃縮成染色體的形態(tài)，呈細(xì)長(zhǎng)的細(xì)線狀，ＤＮＡ復(fù)制已經(jīng)完成，，細(xì)逡逑胞核和核仁的體積開(kāi)始增大。聯(lián)會(huì)復(fù)合體軸向元件開(kāi)始組裝，程序性ＤＮＡ雙鏈斷裂開(kāi)始逡逑發(fā)生，普遍認(rèn)為細(xì)線期是減數(shù)分裂的起始。逡逑偶線期：染色體繼續(xù)濃縮
【學(xué)位授予單位】：揚(yáng)州大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類(lèi)號(hào)】：S511

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本文編號(hào)：2600096