基因组异质性对减数分裂重组影响的ChIP-seq实验验证

Meiosis plays a central role in the life cycles of all sexually reproductive organisms. The core of meiosis is the recombination and exchange between chromosomes and the precondition of generation of meiotic recombination is the formation of double-strand breaks (DSBs). Our previous study shows that the heterozygosity of the genome promotes the break of DNA and then mutation and recombination. However, there is no direct evidence for the effect of heterozygosity to recombination. To test the effect of heterozygosity to recombination, this study will use ChIP-seq, the popular technology to analyze protein interactions with DNA, to analyze the relationship between the number of DSB and mutation in individuals with different heterozygosity. Using ChIP-seq, we can acquire a fine map of all the meiotic recombination hot spots. This project will not only reveal the law and impact on the generation and distribution of meiotic recombination but also help to understand the inner base of adaption and evolution.

减数分裂在有性生殖生物的生命周期中起着重要的作用。减数分裂的核心是染色体之间发生重组和交换，而重组产生的前提是减数分裂过程中的双链断链（DSB）的形成。我们前期的研究表明基因组中的遗传异质性能促进DNA断裂，进而促进突变与重组。但是杂合度对重组率的影响尚无直接的证据。为了进一步直接检验异质性对减数分裂重组的影响，本研究拟利用研究蛋白-DNA相互作用的ChIP-seq技术来直接检测不同杂合度个体DSB的数量与突变的关系。同时，利用CHIP-seq，还能够获得植物减数分裂DSB首张精细图谱。本研究拟揭示减数分裂重组及影响其产生与分布的分子机制，并进一步深入理解生物适应与演化的内在分子机制。

重组是基因组信息交流的重要途径，也是生物多样性的重要来源。重组的发生规律，影响因素以及在生物进化中有怎样的意义，一直是遗传进化领域的重要问题。围绕着重组发生规律和进化意义存在着诸多理论和假设，例如基因组异质性能够影响重组的发生，基因转换偏好AT-GC类型，即“GC偏好”，及重组的诱变效应等。为了探索重组产生机制及发生规律，我们利用高分辨的四分孢子体和单倍体，以衣藻、酵母、粗糙脉孢菌、蜜蜂和熊蜂等物种一次减数分裂重组的发生规律和机制为核心，结合水稻和拟南芥为主要材料的ChIP-seq对重组是如何受到基因组异质性影响的进行了探索。尝试通过分析重组的分布规律，探索减数分裂中重组发生和调控的分子机制。.通过以拟南芥、衣藻、酵母和脉孢菌为主要实验材料进行四分体测序，我们发现各物种间基因转换规律都存在着明显不同。酵母作为重组机制研究的模式生物，其基因转换频率和影像片段长度都远远大于其它物种，酵母的重组调控机制可能更为特殊。以往认为基因转换存在着“GC偏好”，在进化中起到对冲突变的碱基偏好的作用。但在本研究中，四种物种中都没有检测到明显的GC偏好，说明这一现象在生物界中可能并不广泛存在，而基因转换可能起到其它的进化功能。重组和突变都是生物变异的重要来源，此前研究在多个物种中都发现重组具有着诱变的功能，而在本研究中，蜜蜂虽然重组频率远高于熊蜂，但经过检测，二者的突变率差异却并不明显。这一事实表明昆虫中重组可能并没有很强的诱变效果，重组率和突变率之间可能并没有共进化关系。对水稻和拟南芥开花期ChiP-Seq的数据分析表明，减数分裂的捕获和样本精确取样时期有着非常大的关系，在对花形成时期需要进一步的分类取样具有非常大的必要性。.通过对多个物种中的重组现象统一应用较为精准的方法进行比较研究，我们对多个物种中的重组规律进行了揭示，这些结果对于揭示重组事件，特别是基因转换的分子机制和进化上的意义有着重要的启示，为进一步研究重组规律提供了基础。.