着丝粒是真核生物染色体基本的元件。尽管不同物种的着丝粒通常包含特异的串联重复DNA序列,但近年来研究表明,着丝粒的功能行使是一个与着丝粒的特异序列相关而又不完全决定于该特殊序列的表观遗传调控过程。如果着丝粒特异DNA序列缺失,那么一些不含有特定着丝粒DNA序列的区域会组成一个新形成的着丝粒,被称为新着丝粒。新着丝粒的形成已经在多个物种中被发现,如人类、小麦-大麦、燕麦-玉米附加系和玉米等,但新着丝粒的形成特征目前还不是很清楚,特别是在正常水稻材料中鲜见报道。本实验室在前期研究中获得水稻品种中籼3037第8染色体着丝粒DNA序列缺失材料,该材料能正常进行有丝分裂和减数分裂,说明该第8染色体着丝粒功能正常。本研究以该材料为基础,继续开展相关研究,明确该材料第8染色体上内源新着丝粒的形成特征。主要研究结果如下:1、通过Oligo-FISH方法进一步明确缺失全部着丝粒特异DNA序列(CentO)的染色体为第8染色体,暂命名该材料为Del 8,正常对照材料为Nor 8。2、由于缺少合适的籼稻参考测序基因组,我们构建了中籼3037的BAC文库并且通过PCR法筛选出包含第8染色体着丝粒(Cen8)序列的克隆,同时利用细胞学的方法验证了覆盖CentO所在区域的BAC克隆中含有CentO序列。3、阳性BAC克隆通过三代测序PacBio平台进行测序。测序结果显示,三个BAC依次得到的reads数为12,412,6670,7585。组装后长度分别为133,443bp、128,178bp和103,389bp。该结果被组装后期望作为数据分析的参考基因组。4、通过构建Del 8和对照材料Nor 8苗期幼嫩叶片的CENH3-ChIP(着丝粒特异组蛋白H3-染色体免疫共沉淀)文库,并进行ChIP-seq分析。结果表明新着丝粒位于Del 8第8染色体长臂上一个43kb的区域,该区域内包含3个表达蛋白基因,表明该区域原本的组蛋白H3已经被CENH3替代。5、进一步结合RNA-seq的分析结果发现,新着丝粒区域内的这3个表达蛋白基因几乎没有转录,而在缺失区域和新着丝粒区域之间存在2个高度转录的活性基因,而这两个基因所在的区域没有被CENH3结合。表明新着丝粒的扩张趋于选择不含有基因或者含有沉默基因的区域,而跳过含有活性基因的区域。6、为了进一步探究新着丝粒区域内基因的表观遗传调控特征,通过ChIP-qPCR检测了这3个基因上的6个与基因转录激活相关组蛋白的修饰水平,包括2个组蛋白H3赖氨酸上修饰(H3K36me3和H3K27ac),以及4个组蛋白H4不同赖氨酸位点上的乙酰化修饰(H4K5ac、H4K8ac、H4K12ac和H4K16ac)。结果表明新着丝粒区域内基因上的这6个组蛋白修饰水平基本上都在Del8中下调。由此推断,CENH3的结合导致改变了原先组蛋白的修饰状态。以上结果揭示了水稻中新着丝粒形成的基因组特征和表观遗传特征,对研究真核生物着丝粒的进化具有重要指导意义。