作物改良的过程是建立在促进遗传物质交换的基础上的，方法是在两个互补的亲本植物之间进行杂交，然后确定比原始亲本表现更好的后代。基因交换发生在称为减数分裂的发育过程中，其中染色体的数量也减少了一半(图1)。减数分裂产生卵子和花粉细胞(“配子”)，当在受精过程中聚集在一起时，它们会恢复正常的染色体数量。基因交换的生物学术语是重组，在减数分裂过程中，重组确保所有的卵细胞或花粉细胞都有一个新的基因组成，这是由原始亲本基因组的部分马赛克形成的。在像大麦和小麦这样的大基因组植物中，最严重的问题是重组高度偏向染色体末端。以大麦为例，这意味着位于每条染色体中心三分之二的大约30%的大麦基因很少(如果有的话)受到遗传交换的影响，从而将它们排除在育种过程之外。

图1所示。野生型和des10突变体的减数分裂
图中显示了野生型(a-d)与突变体des10 (e-i)的配子(卵或花粉)。在野生型(a)中，母本(红色)和父本(蓝色)同源(相同)染色体与正常的突触复合体(SC，绿线)配对。重组或基因交换发生在所有染色体(b，双色染色体)中，同源染色体在第一次细胞分裂(c)中分离到一半的遗传含量。在减数分裂的第二次分裂中产生四个遗传上不同的配子(d)。然而，在des10中，突触复合体是异常的(e，绿点)，基因交换减少(f，存在一条颜色的染色体)，染色体可能在第一次分裂时“丢失”(g，中间丢失一条颜色的染色体)。与野生型(d和h)不同，在des10中，“丢失”的染色体经常会同时进入同一个配子，导致细胞中染色体过多或过少，从而导致卵子或花粉细胞不育。

我们正在探索是否有可能通过诱导重组机制的蛋白质成分的破坏性或微妙的改变(突变)来改变遗传交换的模式。突变体是生物学研究中非常有力的工具，因为它们使我们能够观察到移除或改变形态或发育过程中关键遗传成官方manbetx手机版分的后果。在植物和动物中，正如我们所预料的那样，大多数减数分裂突变体诱导一定程度的半不育，这很容易被识别为种子产量低。然而，为了了解特异性突变体诱导半不育的机制，我们在高分辨率免疫细胞学中使用了一系列针对特定减数分裂蛋白的荧光标记抗体。这使我们能够直接看到染色体在减数分裂过程中的行为，以及通过识别突变体中事情开始出错的方式和位置，单个蛋白质可能适合这个过程。

我们研究过的一种大麦突变体叫做des10．它是20世纪70年代发现的一种自发突变体，其主要特征是半育性。我们的研究揭示了在作用上的细微差别des10在大麦中从其他生物体中提取。我们之所以能够观察到这些差异，是因为我们有了新的强大的显微镜和大麦基因组信息。我们发现des10大麦中含有一种突变基因叫做Mlh3它编码了一种参与重组过程的关键蛋白质。我们发现，当染色体要配对时，通过一种叫做“突触复合体”的结构的形成(图1，绿线或点)，在基因交换之前，在des10突变体的这个过程是妥协的。因此，在减数分裂后期，沿染色体的遗传交换较少，包括在末端(图1，双色染色体)。正常值,des10因此，突变体看起来与野生型非常不同，在形成配子(花粉)的过程中丢失了一些染色体。这导致许多花粉细胞基因失衡(染色体过多或过少)，从而导致生育能力丧失。我们收集的遗传数据的统计分析与MLH3蛋白在遗传交换中起关键作用一致。我们发现，在没有MLH3(即在des10突变的染色体需要更长的时间来配对，而基因交换最终发生的地点在染色体完全配对之前就已经被指定了。我们的研究结果表明，大麦中重组发生的改变可能只能通过调节减数分裂的早期或非常早期的步骤来实现。

伊莎贝尔可乐，路加福音拉姆齐和罗比沃
詹姆斯·赫顿研究所，细胞和分子科学，因弗高里，邓迪，英国

出版

在大麦失突触突变体des10中，MutL-Homolog 3 (HvMLH3)的一个自发突变影响突触和交叉分辨率。
Colas I, Macaulay M, Higgins JD, Phillips D, Barakate A, Posch M, Armstrong SJ, Franklin FC, Halpin C, Waugh R, Ramsay L
2016年11月

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