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合體——黏著素介導的，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、人以及擬南芥等進行的研究顯示，黏著素介導的姊妹染色體黏著的基本機制在真核

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制有進一步的了解。
　　 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應當是酵母RAD21的直系同源基因。對OsRAD21-3進行半定量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，在營養(yǎng)器官中也能檢測到表達。

4、在花中它在從雌雄蕊形成期到成熟花粉期都有表達，其表達的位置主要位于減數(shù)分裂時期的小孢子母細胞以及減數(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，進一步的分析表明其花粉活性受到嚴重影響。

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)育過程進行觀察發(fā)現(xiàn)，減數(shù)分裂過程中有少量細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應當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、 利用原位雜交技術分析了水稻另外三個RAD21/REC8基因的表達特性，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胞中表達，但在減數(shù)分裂后較晚時期的小孢子中則沒有檢測到表達。OsRAD21-4在小孢子母細胞中的表達為其參與減數(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一步研究。此外，OsRAD21-1和OsRAD21-2