染色体结构维持(structural maintenance of chromosome,SMC)蛋白在维持染色体形态特征结构中有主要作用。真核生物中有6种SMC同源蛋白:SMC1-6。SMC蛋白主要以复合体的形式发挥功能。SMC蛋白两两形成异二聚体(SMC1与SMC3,SMC2与SMC4,SMC5与SMC6),再分别结合其他非SMC蛋白成分形成三种SMC蛋白复合体(凝聚蛋白、黏结蛋白和SMC5-SMC6复合体)。DNA双链断裂(double-strandbreak,DSB)是一种危害性很高的损伤形式。DSB可以发生于DNA复制期,或者暴露在造成DNA损伤的因素下。DSB的正确修复是细胞存活以及基因组稳定性的基础。真核生物细胞主要有两种DSB修复机制:非同源末端连接(non-homologous end-joining,NHEJ)和同源重组(homologous recombination,HR)。根据修复过程中链侵入是否需要由RAD51重组酶的催化,同源重组修复又可以细分为两种类型:需要 RAD51 重组酶的 synthesis-dependent strand annealing(SDSA)途径以及不依赖RAD51重组酶的single-strand annealing(SSA)途径。在酵母以及拟南芥中的研究表明,SMC1和SMC3蛋白参与DSB的修复,但是具体作用机制尚不明确。而在水稻中,它们在DSB修复中的作用还没有进行系统研究。在本研究中,我们对水稻中SMC1以及SMC3基因的功能做了初步的探索,具体结果如下:1、成功构建了SMC1、SMC3-1、SMC3-2和SMC3-基因的 CRISPR/Cas9 编辑载体,获得了相应的转基因植株,并通过自交的方法获得纯合的突变体株系。2、通过对水稻各组织中SMC1、SMC3-1、SMC3-2和SMC3-3基因表达量进行Real-time PCR 分析,结果显示 SMC1 和 SMC3-1 在水稻幼穗中 的表达量最高,而 SMC3-2和SMC3-3在叶片中有较高表达。3、SMC1和SMC3-1基因强突变类型的杂合体后代中不能获得纯合突变体,我们推测SMC1和SMC3-1基因强突变导致水稻胚胎致死。4、突变体以及野生型植株根尖的丝裂霉素敏感性实验表明,smc1和smc3-3突变体相较于野生型对丝裂霉素敏感,水稻中可能是SMC1和SMC3-3基因对姐妹染色单体之间的黏着更重要。5、博莱霉素敏感性实验表明,smc1和smc3-2突变体相较于野生型对博来霉素敏感,表明SMC1和SMC3-2能够参与DSB修复。6、γ射线照射以及博来霉素处理后Real-time PCR的结果显示,smc1、smc3-2和smc3-3突变体中HR和NHEJ修复路径中相关基因的表达量相较于野生型有显著变化,表明SMC1和SMC3可以通过HR或NHEJ路径影响DSB的修复。7、根尖蛋白免疫结果发现smc3-3中RAD51A2蛋白信号的募集相比较于野生型有显著减少,表明SMC3-3通过SDSA修复路径参与DSB修复。8、我们通过适用于水稻体细胞重组修复率的检测体系,对各个突变体进行分析,结果发现SMC1、SMC3-2、和SMC3-3基因的突变会造成体细胞SSA重组修复率的降低,而只在smc3-3突变体中发现SDSA修复路径受到影响。即:SMC1和SMC3-2参与SSA重组修复过程,SMC3-3同时参与SSA和SDSA重组修复过程。