抑制植物减数分裂重组的分子机理

减数分裂重组不仅保证了真核生物有性生殖过程中染色体数量的稳定,还通过父母亲本间遗传物质的互换在后代中产生遗传变异。因此,减数分裂重组是遗传多样性形成的重要途径,也是生物多样性和物种进化的主要动力。在绝大多数真核生物中,不管染色体数目的多少或基因组的大小,减数分裂重组的形成都受到严格的调控,但抑制减数分裂重组的分子机理目前仍不清楚。近年来,通过正向遗传学筛选鉴定出多个减数分裂重组抑制基因,揭示了抑制基因的功能和调控途径。本文基于拟南芥中减数分裂重组抑制基因的研究现状,综述了植物减数分裂重组抑制基因研究取得的突破性进展,并结合基因功能与其调控网络阐述了抑制植物减数分裂重组的分子机理。     

拟南芥同源四倍体减数分裂过程的分子细胞学分析

以拟南芥(Columbia生态型)二倍体(AA,2n=10)为材料,经0.2%秋水仙素处理和细胞学鉴定,成功获得拟南芥同源四倍体(AAAA,2n=20)。以二倍体为对照,通过对拟南芥同源四倍体减数分裂过程染色体行为的观察,以及减数分裂调控同源染色体联会与重组相关基因的定量PCR分析,研究结果表明,与二倍体相比,拟南芥同源四倍体叶片表皮细胞间气孔孔径显著增大,荚果变长,但气孔密度和结实率显著降低;在减数分裂过程中出现部分单价体和三价体,以及二价体和四价体等染色体配对构型;减数分裂期重组相关基因ZYP1表达水平降低,ASY1、DMC1、MRE11和SPO11-1表达水平均升高。因此,我们推断,伴随着多倍体化,与二倍体相比,多倍体植物减数分裂期染色体行为和相关基因表达都有一定改变,影响多倍体植物生殖发育以适应环境。     

植物减数分裂中的染色体配对、联会和重组研究进展

减数分裂是有性生殖的关键步骤,而染色体配对、联会和重组又是减数分裂的重要环节,也是减数分裂研究的热点之一。近些年来,借助于先进的分子生物学和细胞学技术,通过大量突变体的筛选,在植物减数分裂中染色体的配对、联会和重组研究取得了长足的进展。文章就目前克隆的植物减数分裂中染色体配对、联会和重组相关的基因及功能研究进行了总结,并进一步对其分子机制进行了探讨。     

溯源联会

联会被认为是减数分裂过程中染色体的特殊行为之一,是高中生物学教学中的一个难点。同源重组最初的功能可能只是修复DNA损伤,后来得到发展并被"借用"到减数分裂重组中,确保减数分裂过程中同源染色体的正确配对,保持基因组的完整性。追根溯源,是DNA分子的同源重组导致了联会。     

减数分裂染色体的行为及其分子基础

减数分裂是有性生殖生物配子产生的必需过程.在细胞进入减数分裂前,其染色体复制1次,但启动分裂后,细胞进行二次分裂,从而产生染色体数目减半的配子.减数分裂Ⅰ前期同源染色体的配对、联会、重组以及减数分裂Ⅰ后期同源染色体的分离是减数分裂的基本特征,而这些减数分裂特异事件的按时、依序发生则有赖于减数分裂Ⅰ前期程序性D N A双链断裂(D S B)的产生和以同源染色体为模板进行的同源重组修复.本文将对减数分裂特别是减数分裂Ⅰ前期染色体的行为进行简要综述,并就其分子基础和机制进行分析讨论.     

植物减数分裂研究进展

植物减数分裂过程中的基因调控与表达的研究已得到人们的重视,本文综述了植物减数分裂中几个重要方面的研究进展,包括减数分裂前的有丝分裂、前减数分裂、同源染色体的联会、纺锤体的形成等问题。     

植物减数分裂研究进展

植物减数分裂过程中的基因调控与表达的研究已得到人们的重视,本文综述了植物减数分裂中几个重要方面的研究进展,包括减数分裂前的有丝分裂、前减数分裂、同源染色体的联会、纺锤体的形成等问题     

嗜热四膜虫SPO11基因缺陷型细胞株的基因表达变化分析

有性生殖的关键过程是通过减数分裂产生生殖细胞,而减数分裂的一个重要环节是进行基于DNA双链断裂的同源染色体重组。在同源染色体重组过程中,SPO11蛋白催化产生DNA双链断裂,从而起始同源染色体的重组。因此,研究SPO11基因缺失在减数分裂过程中所引起的基因表达变化有助于在转录组水平上了解该基因的作用。本研究通过对嗜热四膜虫(Tetrahymena thermophila)野生型和SPO11敲除细胞株在接合生殖时期2 h、3 h、4 h、5 h四个时间点的转录组进行高通量测序。通过差异表达基因分析和功能富集分析,发现SPO11基因敲除之后嗜热四膜虫在接合生殖时期2 h时,与DNA代谢过程和DNA复制相关基因的表达发生变化,推测SPO11基因敲除导致的减数分裂过程异常可能与DNA代谢过程和DNA复制相关。     

对减数分裂的新理解

减数分裂历来被认为是：同源染色体联会－重组－分离。染色体配对是其中最早的事件,配对又叫联会,联会由联会复合体（ＳＣ）引起或促进。联会复合体又是减数分裂重组所必需的。重组引起细胞学上可见的交叉,能够确保同源染色体分离。这些经典观点在９０年代受到了严重挑战,对减数分裂的许多新理解正在取而代之。按照新观点,减数分裂的过程可以用下图表示。１　同源性搜索是减数分裂的第一步减数分裂最早的事件不是同源染色体的配对,其前在细线期还发生了同源性搜索。它是在全染色体组内识别染色体上同源性位点的过程。搜索不仅仅限于染…     

八种纤毛虫减数分裂基因的分子进化研究

减数分裂是真核生物适应性进化的重要机制,以8种纤毛虫作为实验对象,通过生物信息学方法对其14个减数分裂基因进行了鉴定及分子进化研究。结果表明:(1)不同的纤毛虫种类存在一些特异性的减数分裂基因的丢失与复制现象;(2)减数分裂相关基因在纤毛虫中很保守;(3)纤毛虫减数分裂重要的同源重组过程是在真核生物中不常见的Ⅱ型。本研究表明,纤毛虫减数分裂可能代表了真核生物较原始的减数分裂方式,在进化的过程中很保守,为研究真核生物减数分裂起源与进化提供了重要线索。     

拟南芥组蛋白分子伴侣AtHIRA参与体细胞同源重组及盐胁迫响应

HIRA是组蛋白H3.3的特异分子伴侣, 在组蛋白H3.3掺入染色质的过程中发挥重要作用。研究表明, HIRA在哺乳动物胚胎发育和DNA损伤修复过程中不可或缺。而目前人们对于植物中HIRA同源基因功能的研究相对较少。该研究主要关注拟南芥(Arabidopsis thaliana) AtHIRA基因在植物体细胞同源重组以及减数分裂同源重组过程中的功能。将体细胞同源重组和减数分裂同源重组报告系统分别导入野生型和hira-1突变体后统计同源重组频率, 结果表明在正常生长条件下及在伯莱霉素(bleomycin)或UV-C处理条件下, hira-1突变体体细胞的分子内和分子间同源重组频率均低于野生型。而在正常生长条件下, 野生型与hira-1突变体花粉母细胞间的减数分裂同源重组频率没有明显差异, hira-1突变体的DNA损伤水平与野生型接近。qRT-PCR结果表明, DNA损伤修复相关基因RAD51和RAD54在hira-1突变体中的表达水平均高于野生型。此外, 盐胁迫处理实验表明, hira-1突变体对于高盐胁迫更加敏感。综上, AtHIRA在拟南芥体细胞同源重组及盐胁迫响应过程中发挥了一定作用。     

利用荧光标记高通量鉴定减数分裂重组抑制突变体

正向遗传学突变体筛选被广泛用于揭示减数分裂中涉及的遗传基因, 如调控减数分裂II型交叉形成途径的重组抑制基因。该研究利用拟南芥(Arabidopsis thaliana)花粉荧光标记系进行EMS突变体的正向遗传学筛选, 鉴定拟南芥野生型Col遗传背景下的重组抑制突变体, 共获得18个重组率显著提高3倍以上的重组抑制突变体, 其中包括显性和隐性遗传突变。研究表明, 基于荧光标记高通量鉴定重组抑制突变体是可行的, 可为植物减数分裂重组调控分子机制研究提供新方法和突变材料。     

利用荧光标记高通量鉴定减数分裂重组抑制突变体

正向遗传学突变体筛选被广泛用于揭示减数分裂中涉及的遗传基因, 如调控减数分裂II型交叉形成途径的重组抑制基因。该研究利用拟南芥(Arabidopsis thaliana)花粉荧光标记系进行EMS突变体的正向遗传学筛选, 鉴定拟南芥野生型Col遗传背景下的重组抑制突变体, 共获得18个重组率显著提高3倍以上的重组抑制突变体, 其中包括显性和隐性遗传突变。研究表明, 基于荧光标记高通量鉴定重组抑制突变体是可行的, 可为植物减数分裂重组调控分子机制研究提供新方法和突变材料。     

酿酒酵母减数分裂的事件和特异性基因

减数分裂是生物体重要的有性生殖方式,它提供来自母本和父本的基因信息,产生具有生物多样性的子代,使其能够适应环境的变化而不断进化。本文简述了现已阐明的酿酒酵母减数分裂的重要事件如同源染色体配对、联会、基因重组、染色体分裂和特异性基因。在同源染色体配对的过程中现已发现了2条途径,一条由Rad51独立完成,另一条有Dmc1、Hop2、Rad51和Mnd1参与,同时Rad51也可能参与。Red1、Hop1和Zip1是联会复合体的组成成分,而联会也要求其他减数分裂的特异性基因如Hop2的参与。基因重组是减数分裂中最重要的事件,它为子代提供了新的遗传信息,是生物多样性的基础之一。Spo11、Rad52组、Dmc1、Mnd1、Msh4、Msh5、Mek1、Red1和Hop1参与了基因重组。Spo11是发现和研究得最早的启动基因重组的基因之一;Rec8、Spo13和Sgo1参与了染色体分裂的过程。     

精子发生过程中的相关基因

在哺乳动物精子发生过程中, 原生殖细胞发育成为精原细胞, 再发育为精母细胞, 精母细胞经过两次减数分裂成为圆形精细胞, 这些圆形精细胞经过细胞变态形成精子。精子发生过程经历了复杂的细胞分化阶段, 这一阶段受许多因素的调控作用, 其中生精细胞内的基因调节起着决定作用。精子发生中的重要基因与一系列精子发生过程中阶段性的细胞事件密切相关, 例如减数分裂重组、联会丝复合物的形成、姊妹染色体的结合、减数分裂后精子的变态以及减数分裂周期中的关键点和必需因子等。生精细胞许多特异基因的阶段特异性表达, 参与了精子发生这一特殊的细胞分化过程。近年来随着基因克隆、表达和功能研究技术的发展和应用, 发现了许多与精子发生相关的基因, 而且有的被证明在精子发生过程中具有重要作用。文章较全面综述了这一研究领域的一些进展, 着重讨论了与精子发生相关的周期蛋白基因、原癌基因、无精子因子基因、细胞骨架基因、热休克基因、核蛋白转型基因、中心体蛋白基因和细胞凋亡相关基因等。     

同源重组技术研究进展

同源重组是近年来迅速发展起来的对细胞染色体基因组中某一特殊基因进行定向操作,以便借助转基因动物手段来精确研究基因结构与功能及表达调控的技术。本文对同源重组发生的分子机理、实验设计策略、打靶细胞的筛选和富集方法,近年来在这一领域中所取得的主要成就及应用前景进行了较全面的评述。     

同源重组技术研究进展

同源重组是近年来迅速发展起来的细胞染色体基因组中某一特殊基因进行定向操作,以便借助转基因动物手段来精确研究基因结构与功能及表达调控的技术。本文对同源重组发生的分子机理,实验设计策略,打靶细胞的筛选和富集方法,近年来在这一领域中所取得的主要成就及应用前景进行了较全面的评述。     

利用酵母人工染色体（YAC）减数分裂同源重组构建人免疫球蛋白κ链基因组大片段

具有同源重叠区的酵母人工染色体(YAC)可以利用酵母细胞减数分裂进行同源重组,从而构建更大的人工染色体基因组,这对生命科学基础研究和生物技术应用研究有着非常重要的意义。本实验以两个含人免疫球蛋白κ链基因簇片段的YAC克隆为材料,通过酵母改型、异型接合、二倍体发孢、单孢子筛选和分子生物学鉴定等技术和方法,利用酵母菌减数分裂同源重组机制,构建了一条包含人的免疫球蛋白κ轻链32个Vκ基因、5个Jκ基因、Cκ基因、Eκ基因和κde基因的YAC重组体,长度约400kb。同时,本实验利用溶壁酶消化法获取单孢子重组体,代替了传统的显微分孢操作。使得利用酵母人工染色体减数分裂同源重组的技术更加简便可行。     

利用酵母人工染色体(YAC)减数分裂同源重组构建人免疫球蛋白κ链基因组大片段

具有同源重叠区的酵母人工染色体(YAC)可以利用酵母细胞减数分裂进行同源重组,从而构建更大的人工染色体基因组,这对生命科学基础研究和生物技术应用研究有着非常重要的意义。本实验以两个含人免疫球蛋白κ链基因簇片段的YAC克隆为材料,通过酵母改型、异型接合、二倍体发孢、单孢子筛选和分子生物学鉴定等技术和方法,利用酵母菌减数分裂同源重组机制,构建了一条包含人的免疫球蛋白κ轻链32个Vκ基因、5个Jκ基因、Cκ基因、Eκ基因和κde基因的YAC重组体,长度约400kb。同时,本实验利用溶壁酶消化法获取单孢子重组体,代替了传统的显微分孢操作。使得利用酵母人工染色体减数分裂同源重组的技术更加简便可行。     

联会复合体:减数分裂的结构基础

减数分裂是有性生殖生物产生单倍体配子的特殊分裂方式,其第一次分裂(减数分裂I)过程中同源染色体的行为是最突出的特征。在减数分裂I,同源染色体间形成的联会复合体通过促进和调控程序性DNA双链断裂的形成和修复,确保同源染色体正确的识别、配对、重组和分离,从而为减数分裂I的顺利完成提供保障。本综述对联会复合体的组成和功能研究进展进行了回顾,探讨了联会复合体的组装如何影响程序性DNA双链断裂的修复和交叉互换的形成,并总结了与人类生殖障碍相关的联会复合体成分突变,还对该领域未来研究方向进行了展望。