重离子辐射具有独特的物理学特性,在植物新种质创制上表现出较为明显的优势。重离子入射细胞具有很高的线传能密度（LET）和径向能量分布,加之细胞核DNA的聚集性（染色体）,重离子在击中DNA的靶点区域内通常诱发复杂的团簇状损伤,这些损伤如何演化成基因突变至今没有明确的结论。而解决这个问题的关键是能准确、特异地表征重离子击中基因组靶点的序列突变情况（类型、频率和分布）。但目前尚缺少在基因组序列水平定位重离子辐射靶点的方法,这已经成为制约重离子辐射诱变机制解析和应用创新的重要因素之一。本论文基于重离子诱导DNA团簇损伤内部富含双链断裂（DSB）的特性以及同源重组能特异响应DSB的原理,提出了利用同源重组报告基因定位重离子辐射序列靶点的研究思路,构建了相应的实验体系,并进行了充分的功能验证。为了进一步拓展该体系的应用范围,本论文也探讨了利用同源重组定位纳米颗粒物与DNA结合靶点的可能性。取得的研究结果如下:1)基于同源重组的重离子辐射靶点序列定位思路的可行性本论文提出了以同源重组对重离子辐射序列靶点进行定位的研究思路,并以拟南芥同源重组GUS报告系R3L66为基础,利用重组后DNA序列的重排特性,有针对性地设计PCR引物,特异性地扩增重组后的同源元件及其侧翼序列,并通过测序确定序列的突变情况。结果显示:碳重离子（80MeV/u,50 Gy）辐照后,在GUS重组元件侧翼序列上检测出明显高于对照以及γ辐射诱导的突变频率（碱基替换、单碱基插入和小片段缺失）,与重离子诱导DNA团簇损伤的特性相吻合。上述结果表明利用同源重组原理对重离子辐射靶点进行序列定位的思路是可行的。基于R3L66的第一代实验体系的不足之处是突变筛选效率低,实验成本高,因此需要进一步对该体系进行优化和升级。2)构建更高效的重离子辐射靶点序列定位和突变筛选实验体系为了提高突变的筛选效率,本研究以第一代实验体系（R3L66）为基础,通过在GUS重组元件的侧翼加入了 PlacI突变筛选基因,构建了第二代重离子辐射靶点序列定位和突变筛选拟南芥实验体系（重组+侧翼标记的GUSHR-Placl体系）。结果显示:碳离子辐射（80MeV/u,50 Gy）拟南芥种子后,重组元件的侧翼序列的突变的检出效率明显提升,特征性地筛选到15个位点的单碱基替换、5个位点的碱基缺失和一个位点的大片段缺失（135bp）。在重离子辐射拟南芥小苗的实验中,首次发现了在重组元件侧翼序列上发生的聚集性突变。这不但表明明二代体系具有很高的靶点定位和突变筛选效率,也进一步证明了基于同源重组原理的重离子辐射靶点序列定位思路的可行性。针对第二代实验体系在PCR扩增过程中容易引入偶然突变的问题,通过把重组报告基因和PlacI设计成具有自连功能的载体,构建了第三代实验体系（重组+侧翼标记的自连型体系）。结果显示:第三代实验体系的自发突变率明显降低,但对重离子辐射诱导突变的筛选效率有所降低。因此,将第二代和第三代实验体系结合使用,可以达到筛选效率和筛选精度的统一。3)拟南芥菜同源重组对金属纳米胁迫的响应特性除了重离子辐射,一些遗传毒性物质也能诱导DNA损伤。一个值得关注的问题是:同源重组是否也能对这些遗传毒性物质结合DNA的靶点进行序列定位。考虑到纳米颗粒物与DNA具有更大的几何接触面和在细胞核中的局部团聚特性,本研究进一步测试了重组实验体系应用于纳米—DNA结合靶点序列定位的可行性。为此,我们将拟南芥菜同源重组报告系暴露于不同浓度的纳米氧化锌和纳米银,结果显示:暴露于高浓度的纳米颗粒物的根部组织能够通过系统性反应诱导未暴露的地上组织发生同源重组,但该效应只存在于暴露当代,并不能通过生殖传递到子代个体。而低浓度的纳米氧化锌和高的环境温度协同也能诱导植物基因组发生重组。基于此,本研究进一步利用二代实验体系（重组+侧翼标记的GUSHR-PlacI体系）检测了纳米氧化锌暴露的突变效应,在重组元件侧翼序列观察到了突变的发生,初步表明同源重组也可以对纳米颗粒与DNA的结合靶点进行序列定位。