玉米新着丝粒形成过程及功能分析

The centromere is one of the most important components of a chromosome, which ensures correct chromosome segregation during cell division. Centromeres are invovled in the process of polyploid formation, haploid induction and artificial chromosome building. Centromere formation and maintenance are related to these processes, and the core question is the interaction betweeen centromere sequence, structure and function. This project will use de novo centromere materials in maize to study the roles of centromere sequences, DNA methylations, chromatin structure and nucleosome distributions in original centromere formation and stability. The technology of cell biology, molecular genetics and bioinformatics will be used in this project in order to provide theory basis for the mechanism of centromeres formation.

着丝粒是染色体的重要组成部分，在保证染色体准确分离和细胞正常分裂中发挥重要作用。着丝粒参与多倍体形成、单倍体诱导以及人工染色体构建。这些过程都涉及到着丝粒的形成和稳定，核心问题是着丝粒序列及结构与功能之间的关系，在植物中关于其机制的研究比较少。本项目拟利用玉米新着丝粒材料，综合细胞生物学、分子遗传学和先进的染色体分析技术，研究着丝粒序列、DNA甲基化修饰、染色质结构以及核小体分布在着丝粒最初形成以及稳定过程中的作用，为进一步研究着丝粒形成机制提供依据。

着丝粒是染色体的主要组成部分，在保证染色体准确分离和细胞正常分裂中发挥重要作用。着丝粒结构和功能之间的关系涉及多倍体稳定、单倍体诱导、以及人工染色体构建等多个方面，同时也是研究着丝粒形成和稳定的核心问题。本项目围绕基因组损伤发生时新着丝粒产生频率、定位区域及其稳定性等一系列问题开展研究。本项目以玉米为材料，创新性的利用物理射线照射成熟花药的方法创制了一系列着丝粒变异材料，在对F1代种子萌发后的根尖进行染色体检测后发现新着丝粒形成可以在几个细胞周期之内的较短时间内发生，最初形成不依赖于特定的DNA序列以及染色质定位，且天然着丝粒区域发生了广泛的重排。但该条件下形成的新着丝粒并不稳定，在有性生殖过程中丢失，显示新着丝粒的稳定传递可能需要较长时间的染色质环境的协同作用，说明着丝粒形成和稳定涉及到两套不同的调控机制。这些结果不仅展示了在外界或内部刺激发生时着丝粒结构和功能的极强可塑性，也为进化中着丝粒介导的染色体重排和基因组稳定性研究提供依据，并为人工染色体构建中着丝粒的组装提供参考。