在陆生植物生活史中,具有一个标志性的生命周期—世代交替,即为二倍体的孢子体世代与单倍体的配子体世代互相更替的现象。以模式植物拟南芥为例,雌配子体中的卵细胞和中央细胞分别与雄配子体中的两个精细胞进行双受精产生胚胎和胚乳,从而开启了孢子体发育的起点。因此,雌、雄配子体的形成以及胚胎和胚乳的发育对于植物体的生长发育起到了至关重要的作用。SMC5/6（Structural Maintenance of Chromosome 5/6）复合体作为 SMC 蛋白复合体中的一员,在酵母和哺乳动物中进行了较为深入的研究。普遍的观点认为,SMC5/6复合体广泛地参与了细胞内基因组稳定性的维持,在DNA损伤修复以及DNA复制等许多重要的生物学过程中扮演了重要的角色;对哺乳动物的研究表明,SMC5/6复合体中部分亚基的缺失会严重影响生殖细胞的形成和胚胎的发育。然而SMC5/6复合体在植物中的生物学功能仍少有报道,尤其是在植物生殖发育过程中的功能还知之甚少。本研究以拟南芥SMC5/6复合体的8个亚基共45个突变体为实验材料,利用胚珠透明、遗传转化、荧光定量PCR、细胞超微结构观察、BiFC等遗传学、细胞生物学以及分子生物学技术和手段,揭示了拟南芥中SMC5/6复合体的各个亚基对生殖发育的作用,尤其是AtSMC6和AtSMC6B在胚胎发育、胚乳发育及雌、雄配子体发育过程中发挥着重要的作用;并研究了拟南芥SMC5/6复合体各亚基互作的关系。获得的主要结果如下:1、从拟南芥突变体库ABRC和NASC中购买SMC5/6复合体各亚基的T-DNA插入突变体45个。共鉴定了AtNSE4 和AtNSE4B基因10个突变体,其中1个突变体不能萌发,4个突变体没有鉴定出T-DNA插入位点,其余5个突变体能获得T-DNA插入纯合的后代,但对应的基因表达水平与野生型相比没有差异,且纯合后代均没有生长发育的异常。AtSMC5基因的两个突变体均为杂合体,且无法获得纯合体的后代,这两个突变体的角果中均有白化和未能正常发育的败育胚珠,且败育率均接近40%。回复实验显示,回复植株的角果中依然存在约15%的未能发育的败育胚珠,表明突变体中种子白化败育的表型确实是由AtSMC5基因的缺失所导致,但依然存在未发育的败育胚珠可能是由于突变体中还存在其他T-DNA的插入所造成的,这表明AtSMC5在种子发育过程中也是必需的。对AtSMC6A和AtSMC6B基因9个T-DNA插入突变体鉴定结果表明,smc6a-4、smc6b-1和smc6b-2这3个突变体中对应基因的表达被完全抑制,但AtSMC6A和AtSMC6B基因单突变纯合的植株与野生型相比并没有明显生殖发育的缺陷。基于这两个同源基因具有相似的时空表达模式,对其双突变植株进行鉴定和表型观察,结果表明AtSMC6A和AtSMC6B基因的双突变隐性纯合会导致种子败育;回复实验证明AtSMC6A和AtSMC6B任意一个基因的互补均能回复双突变纯合种子败育的表型,表明AtSMC6A和AtSMC6B在种子发育过程中发挥重要作用并功能冗余。2、通过胚珠透明观察发现,在AtSMC6A和AtSMC6B双突变植株授粉后1-2天的角果中,出现胚胎发育延迟的表型,且在smc6a-4/+smc6-2突变体角果中胚胎发育延迟的表型比smc6a-4 smc6b-2/+中更为显著。进一步观察授粉后3-7天的胚胎发育情况,发现smc6a-s smc6-2突变体胚胎在大约八细胞时期开始出现细胞分裂面紊乱,且无法完成正常的胚胎模式建成,并最终导致胚胎致死。超微结构的观察表明,smc6a-4 smc6b-2突变体胚胎在晚球形时期出现大量液泡化细胞程序性死亡（vacuolar programmed cell death,vPCD）和坏死性细胞程序性死亡（necrosis programmed cell death,nPCD）。此外,胚乳自发荧光的观察显示,AtSMC6A和AtSMC6B基因的双突变还导致胚乳核出现分裂异常及细胞化延迟的表型。通过对野生型和smc6a-4smc6b-2双纯合突变体授粉后7天（7 days after pollination,7DAP）的胚珠进行定量PCR验证,结果表明在smc6a-4smc6b-2双纯合突变体胚珠中,参与胚胎模式建成、抑制胚乳细胞化和标志细胞程序性死亡的相关基因,以及参与DNA损伤修复、细胞周期调控和DNA复制相关基因的表达量均发生了明显的变化。以上结果暗示AtSMC6A和AtSMC6B基因的同时缺失可能引起了突变体胚胎和胚乳细胞中DNA损伤的积累,从而引发了细胞程序性死亡,并最终导致种子败育。通过对smc6b-2 SMC6A RNAi双突变植株的表型观察发现,在AtSMC6B完全缺失的情况下,AtSMC6A基因的部分沉默会导致植株的育性降低,雌、雄配子体均出现一定程度的败育。在AtSOG1过表达植株中检测AtSMC和AtSMC6B的相对表达量,结果表明只有AtSMC6B的表达量出现了明显的上调,而AtSM6A的表达量并没有受到AtSOG1基因过量表达的影响,表明AtSMC6A和AtSMC6B基因的功能可能存在差异,且SMC5/6复合体可能参与AtSOG1依赖的DNA损伤修复通路。以上表型观察和基因调控的结果均暗示,在拟南芥生殖发育的过程当中,AtSMC6B可能比AtSMC6M起到的作用更为重要。3、利用 BiFC（Bimolecular fluorescence complementation）技术对拟南芥SMC5/6复合体中各个亚基间的相互作用进行分析,结果表明AtNSE1、AtNSE3和AtNSE4A（或AtNSE4B）这3个亚基两两之间均能发生蛋白互作,它们共同形成一个小的亚单位,再通过AtNSE4A（或AtNSE4B）与骨架蛋白AtSMC5的ATPase头部区域相结合。而AtNSE2（AtMMS21）则依赖其N端α螺旋束的结构与AtNSE1的C端RING-like结构域,AtNSE4A的N端区域及AtSMC5的N端Walker A区域及发生相互作用。本研究所得到的拟南芥SMC5/6复合体的各亚基的互作关系与酵母和哺乳动物中的模型并不完全相同,这暗示着随着生物的演化进程,SMC5/6复合体的结构和功能可能也随之发生了改变。