植物减数分裂染色体配对起始及染色体分离的分子机理

In most eukaryotic species, five basic steps are involved in meiosis: chromosome recognition, pairing, synapsis, recombination and segregation. Homologous chromosomal recognition and pairing are essential for accurate segregation of chromosomes. In contrast to the well-studied processes such as recombination and synapsis, many aspects of chromosome pairing and segregation are still mysterious. In this proposed project, we will use diploid maize and polyploid wheat, including novel plants containing minichromosomes and meiotic mutants to investigate the molecular mechanisms for homologous chromosome initiation and other chromosomal behaviors during the process of meiosis. Expected finding for this study will provide new insights into how chromosomes find their homologous partners and mechanisms mediating correct chromosomal segregation.

减数分裂过程中以染色体识别、配对、联会、重组与分离为核心的染色体相互作用是减数分裂的核心事件，同源染色体的精确识别、配对对保证后续染色体的正确分离至关重要。目前，调控同源染色体之间精确识别、配对和分离的过程及分子机理尚不十分清楚。本项目拟在已有的研究基础上，以二倍体玉米、六倍体普通小麦、玉米微小染色体材料以及玉米减数分裂突变体为研究材料，开展系统研究，回答为什么同源配对在着丝粒区优先起始，并且探讨玉米微小染色体的分离异常与端粒花束形成的关系，进一步揭示减数分裂过程中同源染色体配对起始和分离的过程和分子机理。

减数分裂过程中以染色体识别、配对、联会、重组与分离为核心的染色体相互作用是减数分裂的核心事件，同源染色体的精确识别、配对对保证后续染色体的正确分离至关重要。目前，调控同源染色体之间精确识别、配对和分离的过程及分子机理尚不十分清楚。本项目在已有的研究基础上，通过染色质免疫共沉淀与质谱分析技术相结合，发现玉米中粘连蛋白亚基SMC3（Structural Maintenance of Chromosome 3）在减数分裂早前期与着丝粒特异组蛋白CENH3相结合。在smc3突变体中，减数分裂早前期SMC3在着丝粒的信号减弱，在染色体臂上的信号消失，着丝粒配对不完全，说明SMC3不仅对维持姐妹染色单体间的粘连至关重要，也参与减数分裂过程中着丝粒配对过程。也在小麦中发现两类着丝粒特异的串联重复序列，在异源六倍体小麦不同亚基因组间的分布存在不对称性，可能参与小麦减数分裂过程同源染色体的配对，促使多倍体小麦的稳定传递。我们在也玉米中首次克隆了动粒外侧Knl1基因，细胞遗传学的研究发现Knl1作为动粒组成型蛋白，在有丝分裂和减数分裂过程持续定位在着丝粒区域，遗传学功能分析表明Knl1敲除突变体影响有丝分裂染色体在赤道板的排列和后期染色体的分离。KNL1通过与SAC信号通路协同进化在细胞分裂过程发挥保守的功能。我们的工作为揭示减数分裂过程中同源染色体配对起始和分离的过程和分子机理提供了新的依据。