同源染色体重组是减数分裂过程中非常重要的生物学过程,它通过同源染色体之间的DNA交换保证了生物个体的遗传多样性,通过交叉的形成保证了染色体数目的平衡。双链缺口(Double Strand Break)的形成已经在很多物种中被证实是同源染色体重组的起始步骤,也是关键步骤。研究DSB形成机理将会为解析生物体的遗传多样性具有重要的科学意义。DSB的形成主要是依靠在各种真核生物中非常保守的Spo11蛋白催化形成。Spo11是一种类似于古细菌VIA型拓扑异构酶的蛋白质,它具有拓扑异构酶活性,通过其氨基酸序列中的特定酪氨酸攻击DNA序列的磷酸基团形成酰基磷酸复合物使DNA开裂。但研究发现Spo11并不是双链缺口形成的唯一必须蛋白质,在酵母中又发现9个双链缺口形成的必须蛋白质,且它们之间存在着密切的相互作用关系。这暗示蛋白质可能以复合体形式控制双链缺口的形成。在拟南芥中已经发现了5个蛋白质参与到双链缺口的形成过程。其中AtSPO11-1和AtSPO11-2是Spo11的同源蛋白质,其它三个蛋白质(AtPRD1、AtPRD2、AtPRD3)都是功能未知蛋白质。目前也有初步研究发现AtSP011-1和AtPRD1的N端有相互作用。但是由于负责DSB形成的蛋白质在序列水平上进化较快,所以很难获得负责减数分裂重组起始DSB形成相关的蛋白质,这导致了目前国际上研究植物DSB形成机制的进展较慢。所以目前对拟南芥乃至植物中双链缺口形成机制的了解还很少。本研究发现了拟南芥负责减数分裂DSB形成相关蛋白质的一个新成员AtDFO。为了了解DSB形成过程,本研究以一个雌雄育性都严重下降的突变体Atdfo-1为材料,通过逐步深入的细胞学实验发现Atdfo-1是一个减数分裂过程中同源染色体重组和联会都有缺陷的突变体。首先,本研究利用半薄实验及苯胺蓝染色实验发现第七期的小孢子母细胞形状不规则,然后通过甲苯胺蓝染色发现Atdfo-1会产生多分体。利用DAPI及PI染色对Atdfo-1进行染色体行为分析发现Atdfo-1的大小孢子母细胞中的染色体在减数第一次分裂过程中均会产生不均等分离。利用DAPI染色对小孢子母细胞中染色体的观察发现在减数第一次分裂前期Atdfo-1缺少典型的粗线期,预示着同源染色体联会出问题。利用荧光原位杂交(FISH)实验发现在类似于粗线期时期着丝粒信号数目大于5个,进一步证实了突变体的同源染色体配对联会缺陷。随后利用经典遗传学中的连锁分析方法对突变体后代的重组率分析发现突变体的遗传重组率严重下降,证明突变体的同源重组也有缺陷。此外,通过连锁分析,互补实验及等位杂交分析发现Atlg07060基因的破坏导致不育表型的出现。AtDFO编码一个功能未知蛋白质,它在拟南芥中为单拷贝,且序列分析发现AtDFO是植物特有蛋白质。最后,为了确定AtDFO在同源染色体重组过程中所起的作用,本研究利用DSB加工处理(DSB processing)缺陷突变体Atmrell-4在减数分裂过程中会产生染色体碎片这一特性,用它与Atdfo-1构建了双突变,结果发现双突变植株在减数分裂过程中不产生染色体碎片,通过这个实验证明了AtDFO基因作用于AtMR11上游即AtDFO参与调节同源重组过程中的DSB形成。AtDFO基因是一个新发现的控制拟南芥育性的基因,它的发现不但使得拟南芥中负责DSB形成的蛋白质又增添了一个新成员,而且还会促进对于植物减数分裂同源重组起始机制的认识,以及使对DSB形成蛋白质的进化历程有更深入的认识,为进一步解析染色体重组的奥秘提供了重要的线索。