减数分裂产生的重组、基因转换和突变的研究

Meiosis is an important process to regulate genetic variation between generations. The mutation, crossing-over and gene conversion generated in this process is the most important inner force for genome variation. Recently, the development of re-sequencing technology makes it possible to reveal the detailed change of DNA sequences in meiosis. By special genetic design to get animal and plant materials for re-sequencing, the goal of this project is to understand the basic theory and law of micro-evolution. Our plan is 1) to detect the mutation rate of offspring from one meiosis; 2) to discover the difference of mutation rate from heterozygous and homozygous individual plants; 3) to find the number and distribution of crossing-over and gene conversion events after one meiosis; 4) to characterize the crossing-over and gene conversion of Arabidopsis thaliana by using tetrads. The project will not only reveal the law and impact on genome change of inner driving forces but also help to understand the inner base of eukaryotic adaptation and evolution.

减数分裂是调控生物世代交替过程中遗传与变异的关键环节。减数分裂过程产生的突变(mutation)、重组(crossing-over)、基因转换(gene conversion)等是基因组变异最重要的内在驱动要素。近年来，重测序技术的进步使研究其过程中产生的DNA细节变化成为可能。本项目就是通过特定的遗传设计，构建适合重测序的动植物遗传材料，进而检测只经历一次减数分裂子代的突变率；检测杂合体和纯合体子代的突变率是否存在差异; 检测减数分裂后重组和基因转换事件的数量和分布；用四分孢子DNA研究拟南芥重组和基因转换事件的区别与特征等，从而探索微进化机制的基本理论与法则。这些研究，将揭示内在驱动要素变化的规律性、了解它们对基因组变异的作用、并可更深入理解生物适应与进化的内在基础。

减数分裂是调控生物世代交替过程中遗传与变异的关键环节。减数分裂过程产生的突变、重组、基因转换等是基因组变异最重要的内在驱动要素。近年来，重测序技术的进步使对这些要素的系统研究成为可能。本项目通过特定的遗传设计，以拟南芥、水稻、桃树、蜜蜂、酵母等为研究材料，构建了一系列的杂合体及分离世代和四分孢子，通过重测序，系统的评估了生物遗传变异过程中的一些基本生物学问题。本项目的研究明确了各物种一次减数分裂产生突变、重组和基因转换的数量和模式，发现基因组的异质性可促进减数分裂的重组与突变，基因组杂合率越高，其突变、重组率越高。其核心在于揭示了生物多样性分子水平的“马太效应”，为基因组普遍存在的突变热点提供了新的解释。同时也说明，物种的交配与繁殖方式、群体的多样性等，与这些物种本身的遗传变异与演化速率相关。这些研究，加深了我们对生物体遗传变异来源及其演化过程的理解，为更深入理解生物适应与进化的内在基础和探索微进化机制的基本法则提供了研究素材。