特异影响水稻减数分裂过程基因PAIR4的克隆及功能鉴定

减数分裂是真核生物有性繁殖所必需经历的生命过程，其顺利完成是许多基因协同作用的结果，克隆减数分裂相关基因，并研究其生物学功能，可以加深我们对减数分裂中关键分子过程的了解和认识，也为我们操纵和调控减数分裂过程提供理论依据。我们在前期工作中获得了一个水稻不育突变体pair4，pair4营养生长正常，减数分裂过程中染色体不发生配对和联会。染色体定位研究表明，它与目前已克隆的控制水稻染色体配对与重组的基因均不同源。本研究拟用图位克隆方法，分离PAIR4基因，并制备该基因的多克隆抗体；综合运用荧光原位杂交、免疫荧光染色反应等分子生物学手段，研究PAIR4基因功能丧失对减数分裂过程的影响，以及相关蛋白参与同源染色体联会与重组的分子机理，最终阐明PAIR4基因在减数分裂过程中的详细生物学功能。

减数分裂是一个复杂的生物学过程，其顺利完成是许多基因协同作用的结果。但相对于酵母和拟南芥，对水稻减数分裂过程的研究相对比较落后。本研究项目是在前期工作中获得了一个表型为完全不育突变体基础上进行的。该突变体在减数分裂前期染色体不联会，初定位的结果表明控制该突变性状的基因与已克隆的控制水稻染色体配对与重组的基因均不等位。通过本项目研究，我们用图位克隆方法分离了该基因，它是水稻RAD51的旁系同源基因XRCC3，XRCC3功能缺失导致减数分裂前期I染色体不能正常配对联会，而且从双线期到中期I经常可观察到多条染色体缠绕的现象。γH2AX可正常定位到xrcc3染色体上表明在该突变体中DNA双链断裂仍可正常进行，但在该突变体中与DNA双链断裂末端修饰相关蛋白COM1不能正常定位到染色体上，表明DNA双链断裂的末端修饰不能正常进行。另外，与染色体联会和重组相关蛋白RAD51C、DMC1、ZEP1、ZIP4和MER3均不能正常定位到染色体上，这不仅证明水稻XRCC3在减数分裂DNA双链断裂的修复和同源重组中发挥重要的作用，而且表明XRCC3的功能缺失可能还通过影响DNA双链末端的修饰影响DNA双链断裂的修复和同源重组的进行。这些结果对我们解析水稻减数分裂染色体同源重组的分子机制具有重要意义。