水稻RAD21-REC8家族基因OsRAD21-3的功能研究.pdf

1、有絲分裂和減數(shù)分裂包含一系列協(xié)同作用的事件，姊妹染色體的黏著是其中非常重要的一個環(huán)節(jié)。通過對芽殖酵母的研究發(fā)現(xiàn)姊妹染色體的黏著是由一個多亞基的蛋白復(fù)合體——黏著素介導(dǎo)的，在有絲分裂過程中，黏著素由Scc1(裂殖酵母中為Rad21)、Scc3、Smc1和Smc3四個亞基組成，而在減數(shù)分裂中Scc1被其同源蛋白Rec8所取代。通過對其它真核生物包括線蟲、果蠅、爪蟾、鼠、人以及擬南芥等進(jìn)行的研究顯示，黏著素介導(dǎo)的姊妹染色體黏著的基本機(jī)制在真核

2、生物中具有保守性，但在不同的物種中，其具體的分子機(jī)制還存在著差異。開花植物的有性生殖過程包含了一個非常特殊的花粉發(fā)育階段，其間發(fā)生了兩次花粉的有絲分裂，對其我們還知之甚少。Rad21/Rec8作為黏著素的重要組分，對水稻中它的同源蛋白進(jìn)行深入研究可以幫助我們對植物有絲分裂和減數(shù)分裂的染色體黏著機(jī)制有進(jìn)一步的了解。
　　 本文發(fā)現(xiàn)在水稻基因組中存在4個編碼Rad21/Rec8家族蛋白的基因，其中OsRAD21-3位于水稻第8號染色

3、體上，其編碼的蛋白與其它的Rad21/Rec8家族蛋白一樣，具有保守的N-和C-末端結(jié)構(gòu)域。序列比對和進(jìn)化分析的結(jié)果表明OsRad21-3蛋白屬于Rad21亞家族，而免疫熒光定位分析顯示OsRad21-3可以特異地定位于有絲分裂的染色體上，由此說明OsRAD21-3應(yīng)當(dāng)是酵母RAD21的直系同源基因。對OsRAD21-3進(jìn)行半定量RT-PCR，Western雜交以及原位雜交的結(jié)果顯示它在生殖器官花中優(yōu)勢表達(dá)，在營養(yǎng)器官中也能檢測到表達(dá)。

4、在花中它在從雌雄蕊形成期到成熟花粉期都有表達(dá)，其表達(dá)的位置主要位于減數(shù)分裂時(shí)期的小孢子母細(xì)胞以及減數(shù)分裂后的小孢子和花粉中。在水稻四個RAD21/REC8基因中，OsRAD21-3是唯一一個在花粉發(fā)育過程中表達(dá)的基因，說明它可能在減數(shù)分裂后的雄配子體發(fā)育過程中發(fā)揮了功能。
　　 采用RNAi手段對OsRAD21-3的功能進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)OsRAD21-3 RNAi轉(zhuǎn)基因水稻植株的育性顯著下降，進(jìn)一步的分析表明其花粉活性受到嚴(yán)重影響。

5、對OsRAD21-3i株系的雄性減數(shù)分裂過程及減數(shù)分裂后的小孢子和花粉發(fā)育過程進(jìn)行觀察發(fā)現(xiàn)，減數(shù)分裂過程中有少量細(xì)胞存在染色體的異常行為，但總體上沒有對雄性減數(shù)分裂造成嚴(yán)重影響，而減數(shù)分裂后的小孢子和花粉發(fā)育過程則出現(xiàn)了顯著異常，表現(xiàn)為花粉有絲分裂的停滯或有絲分裂染色體分離的擾亂，因此，OsRAD21-3應(yīng)當(dāng)主要是通過在花粉的有絲分裂過程中發(fā)揮功能而參與減數(shù)分裂后的雄配子體發(fā)育過程，而它在雄性減數(shù)分裂過程中可能也有一定作用。
　　

6、 利用原位雜交技術(shù)分析了水稻另外三個RAD21/REC8基因的表達(dá)特性，結(jié)果表明OsRAD21-1、OsRAD21-2和OsRAD21-4都在減數(shù)分裂前及減數(shù)分裂期的小孢子母細(xì)胞中表達(dá)，但在減數(shù)分裂后較晚時(shí)期的小孢子中則沒有檢測到表達(dá)。OsRAD21-4在小孢子母細(xì)胞中的表達(dá)為其參與減數(shù)分裂過程染色體的黏著提供了證據(jù)，而OsRAD21-1和OsRAD21-2在此過程中的功能還有待進(jìn)一步研究。此外，OsRAD21-1和OsRAD21-2