论文部分内容阅读
减数分裂是有性生殖生物配子体形成过程中一个重要环节，是保持物种稳定遗传的重要过程。减数分裂依赖于同源染色体之间的重组，这种同源重组方式确保同源染色体之间能够建立一种物理联系，进而确保二价体正常分离，保证子代染色体数目的恒定性。同时，同源重组使个体间的遗传物质发生交换，维护物种的遗传多样性并促进物种的进化。DNA双链断裂（Double Strand Break，DSB）形成是同源染色体重组过程的起始，在整个减数分裂过程中起着至关重要的作用。 我们在水稻基因组中比对了拟南芥AtDFO(Arabidopsis thaliana DSB Formation)基因，发现该基因在水稻基因组中有两个拷贝，借助反向遗传学技术(RNAi和CRISPR-Cas9)，获得了DNA双链断裂形成因子OsDFO的基因沉默转基因植株和基因定向编辑双突变体。该基因的突变和沉默都不影响减数分裂染色体花束期的形成，但会造成同源染色体配对和联会缺陷，花粉母细胞中期Ⅰ时染色体呈现24个单价体，于后期Ⅰ在纺锤丝的作用下随机地分向两极，致使子代细胞染色体倍性不完整，最终产生没有活力的配子。 通过免疫荧光实验分析，发现OsDFO基因缺陷植株的花粉母细胞中检测不到明显γ-H2AX信号，这暗示着性母细胞染色体中没有DSB产生;负责DSB产生的关键拓扑异构酶OsMTOPVIB在染色体上的定位受到严重影响，酵母双杂交和荧光素酶互补实验表明OsDFO能与OsMTOPVIB以及SPO11-2发生相互作用，且两个蛋白自身以及之间也能发生相互作用。负责DSB的末端加工及同源重组重要组分OsCOM1和OsDMC1也分别受到影响。同时，该基因的缺陷不影响黏着蛋白OsREC8在染色体上的装载，亦不影响联会复合体侧向相关元件PAIR2、PAIR3在染色体上的组装;但联会复合体中央元件组分ZEP1和CRC1的组装受到严重影响。另外，OsDFO缺陷造成的单价体影响纺锤体初始形态，但不影响两极的最终建成。这些结果表明，OsDFO在水稻减数分裂DSB形成过程中起着关键作用，是水稻减数分裂DSB形成的必需因子。