玉米与小麦杂交中染色体消除现象与着丝粒功能关系的研究

染色体消除是禾本科植物种间远缘杂交的普遍现象。亲本间着丝粒蛋白的不兼容性问题可能是引起染色体消除的原因之一。本项目以小麦×玉米为主要材料，研究染色体消除与着丝粒功能（CENH3基因）间的关系。我们拟把小麦、玉米CENH3编码基因或人工拼接过的CENH3基因分别转入玉米和小麦，研究CENH3基因在物种间的功能适应性，分析CENH3基因本身结构与该蛋白正确定位于着丝粒的关系。探索能否通过改善亲本间着丝粒蛋白的兼容性而抑止染色体消除现象。本项目的科学意义在于，将进一步揭示远缘杂交中染色体消除和着丝粒结构与功能的关系；为禾本科近缘或野生种质的有效利用提供科学依据。

小麦×玉米杂交后，杂种胚内的玉米染色体会出现染色体消除现象，最终形成小麦的单倍体。然而，小麦玉米杂交后玉米染色体消减的机制至今仍不清晰。CENH3作为着丝粒功能蛋白，已经被许多研究者认为与染色体消减密切相关。为了研究CENH3和小麦和玉米杂交后玉米染色体消减的关系, 本研究将来自玉米的ZmCENH3基因转入到小麦品种扬麦158中，观察玉米的CENH3能否在小麦背景中正常表达及行使功能，分析外源CENH3的导入对小麦内源的着丝粒H3组蛋白功能的影响。结果表明ZmCENH3 转基因小麦阳性株系中ZmCENH3表达量低并且没有ZmCENH3蛋白积累，说明小麦内源环境中可能存在某种机制，导致外源ZmCENH3在小麦环境翻译失败或者被降解；并且ZmCENH3转入小麦对于杂种胚中玉米染色体消减没有产生明显的抑制作用。另外，我们还开展了玉米单倍体诱导系诱导机理的研究和薏苡属的基因组重复序列分析等。在本项目支持下，共发表SCI 论文5 篇，其中包括1篇Plant Physiology，1篇BMC Genomics，1篇BMC Plant Biology，1篇Chromosoma 和1篇Journal of Genetics and Genomics。