包含单链套索(single strand loop)结构的多错配DNA异源双链的修复是一种特殊形式的错配修复，其修复方式并非简单的错配修复的叠加，而是存在修复热点。为进一步剖析这种复杂的修复形式和工作机制，本论文通过构建一系列异源双链分子模型，系统研究了DNA序列一级结构、缺刻、甲基化位点修饰及经典错配修复通路中主要基因对异源双链修复的影响，初步揭示了具有复杂结构的DNA异源双链修复的规律及影响因子。　　尽管基因定向编辑技术日新月异，但植物界的基因打靶（基因片段的定向插入或替换）仍然是一个巨大的挑战。水稻5-烯醇丙酮莽草酸-3-磷酸合成酶(OsEPSPS)是除草剂草甘膦作用的靶标，前人研究表明该合成酶的编码序列第二外显子上的一个单碱基替换(C317_T)能提供对草甘膦的抗性。为开度植物基因打靶的新方法，并借此创造可在生产上推广应用的“绿色”抗草甘膦水稻，本研究设计了系列RNA/DNA嵌合分子，通过与潮霉素筛选分子或TALEN系统共转化的方式，对OsEPSPS靶标序列进行定点修饰改造。同时借助TALEN对OsEPSPS基因的敲除，研究TALEN系统在水稻基因敲除中的作用特点及其突变序列的遗传规律。本论文主要研究结果如下:　　1.构建DNA异源双链分子模型:本研究以质粒DNA为模板，通过不对称PCR法直接扩增DNA单链，优化不对称PCR限制性及非限制性引物的比例及退火温度，并在反应体系中加入二甲基亚砜(DMSO)，能够克服不对称PCR的普遍缺陷，以一步法稳定而高效地制备DNA单链。随后通过把相应的DNA单链放在适合的杂交缓冲液中退火，配以温和的热循环条件，建立了一套简便易行、低成本高效率的异源双链制备技术体系。通过TA克隆的方式把异源双链连接到T载体并转化大肠杆菌，转化子检测的结果表明所构建的异源双链分子模型适合用于多错配修复的研究。　　2.DNA异源双链的修复规律:本研究表明大肠杆菌对正向异源双链和反向异源双链的修复呈现出不同的倾向性及产生不同类型的嵌合序列;异源双链的修复存在缺刻和甲基化依赖性;在错配修复功能健全的菌株里，MutSLH系统是异源双链修复的主要途径，而在错配修复缺陷型菌株里修复具有不完全性，MutH的内源活性可能提供了有限的修复作用，缺刻和d(GATC)位点半甲基化修饰同样能在mutS缺失的菌株里提高对异源双链的修复作用。在对异源双链进行修复的过程中，存在独立的环修复途径，能够单独地把环切除或补平，但环对异源双链修复的影响更多地是以其自身的构型或与所处链上的碱基序列互作等形式来施加的。　　3.水稻OsEPSPS基因序列编辑:RNA/DNA嵌合分子和潮霉素筛选标记共转化产生了452个独立的阳性愈伤系，在再生的植株中挑选了2266株用于后续筛选及测序鉴定，结果表明靶位点碱基无一突变。而TALEN单独转化或分别与3种供体分子（1种同源重组分子和2种RNA/DNA嵌合修复分子）共转化产生了105个独立的阳性愈伤系，测序结果表明有17个愈伤系在靶序列区域出现突变，其中来自TALEN与嵌合分子Cl共转化的1个愈伤系实现了关键碱基的原位替换，但伴随有下游碱基的缺失。　　4.TALEN在水稻OsEPSPS基因敲除中的作用特点及其突变序列的遗传规律:TALEN介导产生嵌合型、杂合型和纯合型三种类型的突变体，分别占17.6％，64.7％和17.6％。所有的序列突变均表现为碱基缺失，缺失的碱基少至1个，多至40个，以3个碱基的缺失为多，4个碱基的缺失次之。其基因变异能在一定程度上稳定传递，并在后代分离中获得不含外源基因插入的基因改造植株，但致死突变或生长劣势突变在植株再生及后代分离过程中不断消亡。对T1代植株的表型鉴定表明含有1个碱基缺失或3个碱基缺失的杂合突变体对草甘膦更加敏感，并且含有1个碱基缺失的杂合突变体的结实率比对照显著下降。　　5.大肠杆菌错配修复作用对鉴定基因序列变异的干扰:本研究在对水稻基因定向编辑后的位点进行序列鉴定时发现在PCR及随后的TA克隆的过程中，因异源双链的形成及大肠杆菌错配修复的作用而导致序列进一步变异，从而对基因编辑的真实效果造成干扰。本论文归纳了这些假序列的特征并提出了一系列判别及减少其干扰的措施。