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减数分裂是一种特殊的细胞分裂方式,是有机体有性生殖所必需经历的生命过程,重组则是减数分裂过程中最为关键的步骤之一。本文以模式植物拟南芥(Arab idopsis thal iana)为实验材料,采用遗传学手段,通过构建多突变体材料,研究了拟南芥减数分裂过程中的重组相关基因PTD、Mus81以及RAD51基因家族部分成员的功能。
本文主要分为两大部分:
第一部分主要研究PTD和Mus81两个基因的功能。PTD和Mus81是减数分裂重组过程中起重要作用的两个基因,PTD(PARTING DANCERS)基因是植物中特有的基因,在减数分裂干涉敏感型交叉形成通路中发挥作用,Mus81基因则在减数分裂干涉不敏感型交叉形成通路中发挥作用。本实验利用已有研究的两个拟南芥单突变体为材料,通过杂交构建双突变体植株,通过对双突变体植株的育性表型、减数分裂过程、交叉结的数量等的观察、统计和分析,结果显示双突变体植株整体表型与ptd单突变体相似:植株营养生长正常但育性明显下降,果荚明显变短或者直接不发育,双突变体从减数分裂终变期开始其分裂过程与野生型开始出现明显差别:双突变体终变期染色体大部分以单体形式存在,而在同时期的野生型减数分裂细胞中则是以五对同源染色体的形式出现的,这一表型与ptd单突变体相似。在野生型中可以看到10个左右的交叉结,而在双突变体中则只能看到1-2个交叉结。双突变体减数分裂细胞中仍存在一定数量的交叉结,这一结果说明在减数分裂重组模型中可能还存在第三条形成交叉结的通路或者存在另外的机制。
第二部分研究RAD51基因家族成员中的XRCC3、XRCC2、RAD51B和RAD51D四个基因,主要研究四基因之间是否存在相互作用关系以及如何在减数分裂过程中起作用;这四个基因在拟南芥减数分裂过程中所起作用各不相同,其中XRCC3基因在减数分裂过程中的作用不可替代,单突变体植株表现为完全不育;而XRCC2、RAD51B、RAD51D三个基因的突变体与野生型相比没有变化,推测可能需要与其他基因一起共同作用。本实验利用拟南芥单突变体植株通过杂交构建多突变体,目前该实验已获得在XRCC3基因杂合背景下XRCC2、RAD51B和RAD51D三基因突变纯合的突变体,该植株营养发育正常,但是与XRCC3基因杂合植株相比,花药的育性下降,果荚变短,野生型果荚平均为1.4cm,而突变体果荚平均仅为1.07cm,果荚中可以看到明显的缺粒,统计显示野生型每个果荚含有48.6个种子左右(n=3);与之相对应的突变体的果荚部分种子不够饱满,每个果荚只含有24.3个种子左右(n=3)。