DNA双链断裂-融合介导的同源染色体重组分子机理研究

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项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    31230038
  • 项目类别:
    重点项目
  • 资助金额:
    308.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    C0602.基因表达及非编码序列调控
  • 结题年份:
    2017
  • 批准年份:
    2012
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2013-01-01 至2017-12-31

项目摘要

Meiosis is a highly conserved process in the life cycles of all sexually reproductive organisms. It includes one round of DNA replication and two successive rounds of nuclear division. During prophase I of meiosis, recombination between homologous chromosomes occurs, these are then separated at meiosis I, and the two sister chromatids are pulled to the opposite poles during meiosis II. Homologous recombination is essential for the genetic diversity of meiotic products and is also a prerequisite for the correct segregation of homologous chromosomes. Those haploid reproductive cells then develop into gametophytes. After fertilization, the chromosome number of zygotes returns to that of their parents. Therefore, meiosis is important for sexually reproducing organisms. It facilitates the maintenance of the stable chromosome number of a species and more importantly produces genetic variation in gametes, which in turn promote genetic and phenotypic variation in its offspring. ..In most organisms, a stable connection is established by crossovers (COs). COs not only ensure the proper homologous segregation, but create new combinations of alleles leading to increased variation. The number and distribution of COs are tightly controlled. If multiple COs occur along a homologous pair, they are more evenly spaced than would be expected by chance. This phenomenon is known as interference. Although more than 50 genes related to CO formation have identified, the molecular mechanisms on homologous chromosome pairing and recombination are still poorly understood.. .In this proposal, we are going to identify the mutants with defects of either double-strand-break (DSB) initiation or DSB repairing from our rice mutant library, which contains over 300 independent lines all with meiotic defects. By using of those mutants, five genes related to DSB initiation or repairing would be isolated. Their biological functions on homologous recombination would also be carefully investigated. Together with the knowledge on the meiotic genes in rice isolated so far in our lab, those data will strength our understanding of the molecular mechanism on homologous recombination induced by DSB formation and its successful repairing.
减数分裂过程中,同源染色体配对与重组是非常复杂而又关键的生物学过程,它不仅促进来自父母双方的遗传物质充分交流和重组,还使同源染色体间形成交叉结,保证同源染色体在子细胞中的正确分配和分离。因此充分认识这一复杂生物学过程,了解它们的作用网络与调控途径,有助于最终实现对它的遗传调控。本课题将以水稻为模式生物,对本实验室构建的涵盖300多份独立来源水稻减数分裂突变体进行详细细胞学研究,依据减数分裂染色体的配对特征、染色体桥及碎片的有无,以及γH2AX抗体免疫荧光染色反应等手段,筛选和鉴定具有DNA 双链断裂-融合(Double-Strain-Break,DSB)形成或修复缺陷的突变体,进一步分离参与水稻DSB形成与修复的关键基因5个,结合本实验室已克隆的10多个水稻减数分裂相关基因,深入研究由DSB形成与修复介导的Crossover形成机制,为深入探明同源染色体重组分子机制带来新的思路和启示。

结项摘要

减数分裂过程中,同源染色体配对与重组是相当复杂又关键的生物学过程。它不仅促进了来自父母双方的遗传物质能够充分交流和重组,还促使同源染色体间形成交叉结,从而保证同源染色体在子细胞中的正确分配和分离。因此,充分认识这一复杂生物学过程,克隆参与这一过程的关键基因,了解它们的作用网络与调控途径,有助于最终实现对这一复杂生命过程进行遗传操作和调控。本课题重点以水稻为模式生物,克隆鉴定参与DSB形成与同源重组的关键基因15个。表型分析结合基因功能解析,阐明这些基因在减数分裂过程中的详细生物学功能:OsMTOPVIB是一个全新的DSB形成起始因子,参与水稻DSB形成;MRE11、XRCC3、OsHUS1、OsRAD1、OsRAD51C、OsDMC1及新蛋白MEICA1参与水稻DSB早期修复,保障水稻减数分裂同源重组过程;OsMSH4及OsMSH5参与调控水稻同源重组后期交换的发生及交叉结的形成;CRC1及P31comet是水稻联会复合体新组分,在同源配对及联会中起着至关重要的作用;ZYGO1作为新的F-box蛋白,首次被发现调控减数分裂偶线期染色体形态建成; BRK1定位于水稻同源染色体着丝粒处,保证减数第一次同源染色体的正确分离。. 上述相关研究分别从同源重组的起始、修复及完成三个阶段充分解析了单子叶模式植物水稻的减数分裂过程,初步构建由DSB形成与修复介导的同源染色体重组基因网络,完善酵母及动物中减数分裂同源重组模型。同时,对同源重组交换发生及重组频率调节的基础研究亦为育种过程中如何切实提高重组频率奠定了理论基础。本项目执行期间,发表国际主流学术刊物论文17篇,申请相应专利5项,获得授权专利1项。

项目成果

期刊论文数量(17)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(6)
The Exonuclease Homolog OsRAD1 Promotes Accurate Meiotic Double-Strand Break Repair by Suppressing Nonhomologous End Joining
核酸外切酶同源 OsRAD1 通过抑制非同源末端连接促进准确的减数分裂双链断裂修复。
  • DOI:
    10.1104/pp.16.00831
  • 发表时间:
    2016-10-01
  • 期刊:
    PLANT PHYSIOLOGY
  • 影响因子:
    7.4
  • 作者:
    Hu, Qing;Tang, Ding;Cheng, Zhukuan
  • 通讯作者:
    Cheng, Zhukuan
The Role of OsMSH5 in Crossover Formation during Rice Meiosis
OsMSH5 在水稻减数分裂过程中交叉形成中的作用。
  • DOI:
    10.1093/mp/sss145
  • 发表时间:
    2013-05-01
  • 期刊:
    MOLECULAR PLANT
  • 影响因子:
    27.5
  • 作者:
    Luo, Qiong;Tang, Ding;Cheng, Zhukuan
  • 通讯作者:
    Cheng, Zhukuan
Global Identification of Genes Specific for Rice Meiosis.
水稻减数分裂特异性基因的全球鉴定。
  • DOI:
    10.1371/journal.pone.0137399
  • 发表时间:
    2015
  • 期刊:
    PloS one
  • 影响因子:
    3.7
  • 作者:
    Zhang B;Xu M;Bian S;Hou L;Tang D;Li Y;Gu M;Cheng Z;Yu H
  • 通讯作者:
    Yu H
P31comet, a member of the synaptonemal complex, participates in meiotic DSB formation in rice
P31(彗星)是联会复合体的成员,参与水稻减数分裂 DSB 的形成。
  • DOI:
    10.1073/pnas.1607334113
  • 发表时间:
    2016-09-20
  • 期刊:
    PROCEEDINGS OF THE NATIONAL ACADEMY OF SCIENCES OF THE UNITED STATES OF AMERICA
  • 影响因子:
    11.1
  • 作者:
    Ji, Jianhui;Tang, Ding;Cheng, Zhukuan
  • 通讯作者:
    Cheng, Zhukuan
Crossover Formation During Rice Meiosis Relies on Interaction of OsMSH4 and OsMSH5
水稻减数分裂过程中交叉的形成依赖于 OsMSH4 和 OsMSH5 的相互作用。
  • DOI:
    10.1534/genetics.114.168732
  • 发表时间:
    2014-10
  • 期刊:
    Genetics
  • 影响因子:
    3.3
  • 作者:
    Lei Zhang;Ding Tang;Qiong Luo;Xiaojun Chen;Hongjun Wang;Yafei Li;Zhukuan Cheng
  • 通讯作者:
    Zhukuan Cheng

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    汤述翥;顾铭洪;于恒秀;刘巧泉;严长杰;裔传灯;李欣;陈宗祥;潘学彪;梁国华;程祝宽
  • 通讯作者:
    程祝宽

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

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          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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