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端粒是真核生物染色体末端的重要组成部分,由DNA和蛋白质两部分组成。端粒DNA由一系列重复序列串联而成,包括双链和单链两个部分,单链DNA位于富含G的一条链,在3’端形成G悬突称为G-overhang。由于端粒DNA结构比较特殊,会在末端形成D-loop、T-loop环状结构和G-四链体结构,对染色体末端的保护发挥了重要作用。端粒的另一部分为特殊的端粒结合蛋白,一般由几个亚基共同组成。在人细胞中,核心端粒结合蛋白由6个亚基组成,形成shelterin复合物,而在酵母中则为CTS复合物。不同物种端粒结合蛋白的组成存在差异,说明在进化过程中端粒结构发生了较大的变异。由于染色体末端复制问题,细胞每进行一次分裂染色体都会相应地缩短,而端粒酶的存在很好的解决了这个问题,它以自身的RNA为模板,在端粒酶的作用下使端粒得到延伸。端粒在染色体末端能形成特殊的“帽子”结构,这对于保护染色体末端的稳定性和完整性、防止染色体末端融合和被蛋白酶水解,以及维持细胞正常的生命活动等方面都具有重要意义。研究发现,端粒长度的变化与细胞生长发育、衰老、死亡和肿瘤的发生等生命活动密切相关。虽然在一个细胞内各条染色体受到相同端粒酶的作用,经历相同的细胞分裂和细胞周期,但端粒长度却表现出明显的差异,显然除了端粒酶以外还存在其它因素影响着端粒长度的变化。人体细胞端粒和端粒酶的研究现如今已相当深入,但是真正影响端粒长度的遗传因素并不十分清楚。因此,深入研究端粒长度的遗传规律具有十分重大的意义。水稻作为模式生物其全基因组测序已经完成,它的籼亚种和粳亚种之间的端粒长度相差明显,与动物相比又能构建更加理想的遗传研究群体。此外,水稻的端粒长度较短,适合PCR技术。因此本实验选取了端粒长度存在显著差异的“日本晴”(粳亚种)和“广陆矮四号”(籼亚种)两个水稻品种作为研究对象,利用已相当成熟的分子标记技术,及广泛运用于植物遗传研究中的QTL定位方法进行实验。就水稻而言,通过上述途径已成功定位了包括水稻生育期、株高及其组成性状、叶片性状、穗部性状、根部性状等在内的5416个数量性状。这些为我们研究水稻端粒长度的遗传特性提供了先决条件。先期实验已进行了水稻染色体端粒长度性状及QTL初步定位分析,结果表明水稻第12号染色体上存在着显著调控端粒长度的主效基因,它位于分子标记引物RM20~RM19之间,遗传距离约5.848cM。本研究的目的在于缩短QTL定位区间,最终精细定位或克隆出控制水稻端粒长度的相关基因。通过分析两亲本目标区间的序列信息,依次设计了3组分子标记引物,利用构建的同一F2代分子标记信息,进行QTL定位,最终将目标定位在了引物RBQ-14与RBQ-11、引物RBQ-11与RBQ-34这两个区间。其中选择相对较短的遗传区间进行了深入分析,该区间长度为3246bp,在对日本晴和广陆矮四号基因预测分析后发现,两者外显子的数量和所在位置表现出一定的差异。转录调控元件的预测结果显示,日本晴和广陆矮四号基因的转录调控元件的位置和种类具有一致性。由此可知,两亲本目标序列的结构基因表现出较显著的差异,而调控序列的差异并不明显。将目标序列编码的氨基酸序列进行Blast分析,结果显示该氨基酸序列与人类细胞中3个蛋白家族FAM53、APC、CAF-1的氨基酸序列存在相似性,其中CAF-1是染色体DNA复制或修复过程中组蛋白的分子伴侣。拟南芥中编码CAF-1的基因缺失或突变将导致染色体端粒DNA附近原本沉默的基因获得表达,而这些基因的表达产物将直接影响染色体端粒长度的变化,同时也会造成45SrDNA的缺失。据此推测,引物RBQ-11与RBQ-34之间为一个QTL位点,对水稻端粒长度有调控作用。这为进一步研究引物RBQ-14与RBQ-11之间的序列奠定了基础,也为实验验证QTL位点的作用提供了前提。此外,这对于研究水稻端粒长度的遗传规律也有重要意义。