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本院植物暨微生物學研究所王中茹助研究員實驗室日前以玉米的生殖細胞為研究材料，發現一種名為DSY2的蛋白在玉米基因重組的過程中，扮演著關鍵功能。研究成果可大幅增進玉米遺傳育種的基礎新知，國際期刊《植物細胞》 (The Plant Cell) 於2015年8月21日刊登這篇論文。

植物繁殖的過程中，雄性及雌性的生殖細胞在開花時期進行分裂時，會將其染色體的數目減半(稱為減數分裂)，以產生雄性的花粉及雌性的胚珠。經過授粉作用，即雌雄生殖細胞的結合，可將其基因遺傳到下一代。透過減數分裂可使物種染色體數目維持穩定，並產生多樣化遺傳組成的後代個體。在農業上，減數分裂時的基因重組更是育種的基礎，科學家可藉此基因遺傳重新組合的機會，培育出更優良的品系。

研究團隊解釋，減數分裂的過程中，來自父本與母本的同源染色體必須經過DNA雙股斷裂、配對、交換(即遺傳基因重組)、聯會複合體形成與染色體分離等階段，最後才能產生帶有多樣性且染色體數目減半的生殖細胞。

此次王中茹助研究員團隊成功分離出一個玉米減數分裂時特有的染色體軸蛋白DSY2，經由分析比對DSY2基因突變玉米，他們發現DSY2蛋白對於減數分裂過程的第一階段DNA雙股斷裂，扮演著關鍵性的重要角色，進而影響基因重組的發生。其次，DSY2是聯會複合體形成的關鍵蛋白質。最後，利用超高解析度螢光顯微鏡，研究團隊首次發現DSY2與另一個軸蛋白ASY1形成交替的獨特排列；以及DSY2透過同時與聯會複合體中央蛋白ZYP1和軸蛋白ASY1的互相結合，成為聯會複合體是否能成功組裝的關鍵因素。這是自1950年代發現聯會複合體構造之後，首次在植物中對其形成機制的重要突破。此研究對減數分裂時基因重組提供更深入的理解，有助於未來科學家發展出更有效率的育種技術。

玉米目前是全世界總產量最高的糧食作物，提供約十億人口之糧食、牲畜穀物、食品工業、化學工業原料等多種用途。此項研究成果因可增進農業遺傳育種基礎研究的進展，為美國農業部「玉米基因組研究資料庫MaizeGDB」評鑑為重要的科學發現，預計於10月列為推薦論文。

本篇研究論文的共同第一作者李頂華目前為本院國際研究生「分子與生物農業科學」學程博士候選人。本研究主要由植微所支持，曾經獲得科技部計畫經費補助，並由臺南區農業改良場朴子分場協助完成。