本文關(guān)鍵詞：玉米和擬南芥減數(shù)分裂同源重組頻率和分布的調(diào)控機(jī)制探討

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【摘要】：減數(shù)分裂重組起始于程序化的DNA雙鏈斷裂(double-strand breaks,DSB)形成,它主要由拓?fù)洚悩?gòu)酶SPO11、MTOPVIB和其他一些蛋白共同調(diào)節(jié),然后經(jīng)過不同修復(fù)過程,DSB最終被修復(fù)形成重組(crossovers,CO)或者是非重組(non-crossovers,NCO)。在大多數(shù)被研究的物種中,重組數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)少于DSB數(shù)量。例如,在擬南芥中,大約有250個(gè)DSB位點(diǎn),而僅僅發(fā)生10次重組,其中85%的CO是屬于干涉敏感性重組(class Ⅰ),余下15%屬于干涉不敏感性重組(class Ⅱ)。到目前為止,在不同物種中的研究結(jié)果證實(shí),有三種機(jī)制(重組確保機(jī)制CO assurance;重組干擾機(jī)制CO interference;重組體內(nèi)平衡機(jī)制CO homeostasis)能夠調(diào)控重組的數(shù)量和分布。其中重組體內(nèi)平衡機(jī)制只在酵母和小鼠中得到證實(shí)。在本研究中,我們利用多種分子生物學(xué)手段,初步探討重組體內(nèi)平衡機(jī)制在植物中是否存在;以及在不同植物中的作用效率是否有差異;植物中是否還存在其它的重組調(diào)控機(jī)制。對(duì)這三個(gè)問題的探討和研究構(gòu)成了本研究的主要內(nèi)容。主要研究結(jié)果如下:1.通過轉(zhuǎn)基因方法構(gòu)建了一系列SPO11-1的亞效等位基因突變體(hypomorphic allele)。相對(duì)于野生型來說,不同轉(zhuǎn)基因株系花粉育性呈現(xiàn)20%到100%改變。在育性降低的株系中,DSB數(shù)量與花粉育性成一定正相關(guān)性,也與SPO11-1的表達(dá)量呈正比例。2.我們挑選了其中一個(gè)株系,命名為spo11-1-w2。在該株系中,花粉育性略微降低,DSB數(shù)量減少33%,但染色體行為與野生型株系一致,聯(lián)會(huì)復(fù)合體形成也未發(fā)現(xiàn)異常。3.在spo11-1-w2株系中,染色體重組數(shù)量降低13%,其中Ⅰ型重組(MLH1位點(diǎn))降低14.9%,證明了 DSB數(shù)量降低主要影響Ⅰ型重組的發(fā)生。4.通過對(duì)BC1群體全基因組的重組數(shù)統(tǒng)計(jì)分析發(fā)現(xiàn),相對(duì)于野生型株系來說,spo11-1-w2株系CO數(shù)量減少約8.5%。不同的染色體CO數(shù)減少的程度不一樣,1號(hào)染色體減少11.4%,二號(hào)染色體減少2.3%,四號(hào)染色體減少7%,5號(hào)染色體減少11.6%。CO減少的程度可能與染色體長(zhǎng)度相關(guān)。由于33%左右DSB的降低只帶來8.5%左右重組率的降低,因此本研究認(rèn)為重組體內(nèi)平衡機(jī)制擬南芥減數(shù)分裂重組過程存在。5.更為有趣的是,本研究發(fā)現(xiàn)BC1群體中CO分布發(fā)生了巨大的變化,著絲粒和近著絲粒區(qū)域CO數(shù)減少,而染色體臂上CO數(shù)增加。這個(gè)結(jié)果初步證實(shí)了 DSB數(shù)量可以影響CO分布,暗示了 CO形成中的一種新的調(diào)控機(jī)制。6.玉米PRD3基因有兩個(gè)拷貝(ZmPRD3a和ZmPRD3b,氨基酸序列相似性達(dá)到77%。其中,ZmPRD3a的缺失突變引起DSB數(shù)量的劇烈下降,而ZmPRD3b的功能缺失并沒有導(dǎo)致減數(shù)分裂異常表明:ZmPRD3a基因在減數(shù)分裂過程中起到主要作用。同時(shí),我們觀察到在zmprd3a突變體中,DSB降低了 95%,但CO只降低了 50%,說明重組體內(nèi)平衡機(jī)制在玉米減數(shù)分裂過程中也起著重要作用。7.另外,作為我博士課題研究的一個(gè)子課題,我們證明了組蛋白的不同修飾模式與芥子油苷合成途徑的甲硫氨酸長(zhǎng)鏈形成過程由亮氨酸合成途徑進(jìn)化而來相關(guān)。亮氨酸合成途徑中的基因存在高度的H3K4me2和H3K4me3修飾;而甲硫氨酸長(zhǎng)鏈合成途徑中的基因并沒有H3K4me3修飾,且H3K4me3修飾的丟失對(duì)基因轉(zhuǎn)錄水平?jīng)]有影響。
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：S513;Q943.2

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：1274244