水稻亚端粒区功能研究

亚端粒是连接端粒与染色体其它部分的桥梁，其序列组成具有明显的特点，对部分物种亚端粒的序列分析及细胞学分析表明该区域为染色体上的重组活跃区，且该区域的变化与人类的重要疾病相关，但对该区域的功能仍然不甚清楚。要阐明该区域的功能，必须采用定向改变该区域的序列结构和操作该区域基因的方法，从序列组成和基因功能两方面对亚端粒区域进行研究，并结合其在细胞水平、个体发育水平、及对环境的响应等方面进行研究。我们前期的研究发现，水稻染色体亚端粒区域存在活跃的重组，并通过基因打靶的方法将标记基因定位导入水稻2号染色体短臂末端，且获得该区域高频率的打靶事件，为本研究打下了坚实的基础。本研究拟分别设计影响基因功能和序列组成的基因打靶载体，采用基因打靶的方法对水稻1号和2号染色体短臂端亚端粒区序列进行置换，研究亚端粒区域在细胞分化、减数分裂、植株生长发育及对环境响应中的作用，进而阐明亚端粒区域的功能。

亚端粒是染色体上临近端粒的区域，其动态变化和功能不甚清楚。本项目采用端粒序列限制性多态 TRF 分析，发现水稻染色体端粒序列经 MseI 酶切后长度非常均一，且存在丰富的多态性。 端粒序列长度在不同的水稻品种和同一品种的不同发育阶段和细胞类型中存在明显差异。染色体端粒间的重组分析结果表明，亚端粒间和端粒间的重组可能是引起端粒长度变化的原因，且重组发生依赖于不同的染色体和不同的发育阶段。通过基因打靶的方法在染色体2S 亚端粒区域获得高频率基因打靶事件（6%），是相关报道在染色体其它区域的100倍。基因打靶植株表型与野生型相似，但对干旱胁迫反应与野生型不同，且种子胚乳垩白含量较高，可能是由于基因打靶敲除水稻中的PDI 基因。上述结果说明水稻染色体末端序列的断裂和重组是非常活跃的，同源重组可能是水稻端粒序列长度维持和变化的主要驱动力之一。端粒和亚端粒区域序列的变化影响附近的功能基因，进而影响植物的生长发育。