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减数分裂重组蛋白11（Meiotic recombination 11,Mre11）是一个核酸酶蛋白,在各物种中的结构和功能相对保守。已有研究报道表明,在酵母、人类和拟南芥中Mre11参与减数分裂过程,并在DNA损伤修复过程中发挥重要作用。对水稻的研究发现,OsMre11参与了减数分裂过程。但是,该基因在水稻有丝分裂DNA复制和修复过程中的作用却鲜有报道。在本研究中,以OsMre11的突变体为研究材料,利用水稻转基因技术、根尖透明、子房透明、花粉粒染色、荧光定量PCR、流式细胞仪分析、彗星实验、Bi FC、Co-IP等细胞生物学和分子生物学手段,揭示了OsMre11可以维持植株的生长发育,并在分裂旺盛的根尖分生区细胞DNA复制和DNA损伤修复中起着重要作用。同时,还研究了水稻MRN复合物中3个蛋白的互作方式。获得的主要研究结果如下:1.水稻Mre11基因突变影响水稻生长发育。从水稻突变体库RISD DB中获得了Mre11基因的T-DNA插入突变体,发现纯合体中T-DNA位于第19个内含子中;表型观察发现该突变体生长矮小且种子完全败育;回补实验显示突变体的表型可以得到恢复,且CRISPR/Cas9基因敲除该基因得到了与T-DNA插入突变体表型相似的另一个突变体mre11-cr,明确了OsMre11基因突变是引起植株矮小和种子败育的原因。遗传分离比结果显示,野生型:杂合体:纯合体比值为1:2.28:0.61,表明该突变体是一个单基因隐性遗传突变体。对osmre11突变体进行子房透明和花粉粒染色观察,发现纯合体植株的胚囊皱缩,花粉粒败育,表明雌雄配子体的发育异常是造成种子败育的关键因素。利用CRISPR/Cas9基因敲除技术分别对Rad50（Radiation sensitive 50,辐射敏感蛋白50）和Nbs1（Nijmegen Breakage Syndrome 1,奈梅亨断裂综合征1）的基因进行突变,并结合水稻转基因技术进行遗传转化,获得了纯合突变体rad50-cr和nbs1-cr,但是这两个突变体均没有影响植株的生长发育。2.水稻Mre11参与有丝分裂过程。对7DAG（day after germination）的mre11纯合幼苗的根尖分生区细胞进行观察,结果发现突变体mre11的根尖分生区的长度变短,分生区细胞大小变小,细胞数目变少。此外,对突变体幼苗根尖观察发现,在mre11和mre11-cr根尖细胞有丝分裂中期和后期出现大量染色体断片和染色体桥,根尖细胞染色体异常率mre11为25.86%,mre11-cr为34.78%,表明OsMre11基因突变严重影响了细胞有丝分裂过程。3.水稻Mre11是一个广泛表达的基因。利用荧光定量PCR技术和启动子融合GUS表达载体检测了OsMre11的表达,结果发现OsMre11在水稻各组织中均有不同程度的表达,且在幼嫩组织中的表达量较高,表明OsMre11可能在水稻生长发育的各个阶段特别是分裂旺盛的组织中发挥着重要作用。瞬时表达分析显示,OsMre11定位于细胞核中,是一个核定位蛋白。OsRad50和OsNbs1表达量的高低与OsMre11明显不同,三者在表达模式上存在的差异暗示它们可能具有不同的功能,可能参与其他的生物学事件。4.水稻Mre11参与DNA复制。利用不同浓度的DNA复制抑制剂羟基脲（Hydroxyurea,HU）和阿非迪霉素（Aphidicolin）对10DAG的幼苗进行处理,定量结果显示OsMre11对HU非常敏感;同时,利用细胞周期S期特异染料乙炔基脱氧尿苷（Ethynyl deoxyuridine,Ed U）对根尖细胞进行染色,结果显示突变体mre11中被Ed U标记的分生细胞数目明显减少,并且占分生区细胞总数的比例也明显下降,表明OsMre11基因突变使分生细胞DNA复制受到严重抑制,暗示OsMre11是有丝分裂DNA复制过程中的一个关键因子。5.水稻Mre11参与DNA损伤修复。利用不同浓度的DNA损伤剂丝裂霉素C（Mitomycin C,MMC）和甲基磺酸甲酯（Methyl methanesulfonate,MMS）对10DAG的野生型幼苗进行处理,定量结果显示OsMre11对MMS非常敏感,但对MMC不敏感。利用彗星技术和碘化丙啶（Propidiumiodide,PI）染色观察,结果显示突变体mre11中DNA碎片明显增多,表明OsMre11基因突变后DNA损伤未得到修复,揭示了OsMre11参与DNA损伤修复过程。6.水稻Mre11与Rad50和Nbs1互作形成复合物。对不同物种中的Mre11、Rad50和Nbs1蛋白分别进行三维模建,结果显示它们在结构上均高度相似,表明它们对应的蛋白在高级结构上具有一定的保守性。利用Bi FC结合Co-IP技术对它们之间的互作关系进行分析,结果显示OsMre11可以分别与OsRad50和OsNbs1直接相互作用,表明OsMre11可能作为一个中间桥梁连接OsRad50和OsNbs1形成MRN复合体,在水稻生长发育过程中共同发挥作用。