植物减数破裂着丝粒配对研究取得新希望

减数破裂是真核生物配子形成历程中一种特殊的细胞破裂方式，是生殖细胞发生的前提。同源染色体之间正确的识别、配对是减数破裂历程中染色体相互作用的开始，对于后续染色体的正确分散至关重要。现在，同源染色体相互准确识别并完成配对的历程和分子机理尚不十分清楚。

中国科学院遗传与发育生物学研究所韩方普研究组恒久从事植物减数破裂研究。前期在玉米中视察到减数破裂早前期有同源着丝粒配对的现象，优先于端粒花束的形成，与着丝粒功效直接相关（Zhang et al. 2013.Plant Cell）。近年来在许多物种减数破裂早前期都视察到着丝粒配对或聚集的现象，讲明减数破裂早前期的着丝粒配对在大多数真核生物中是普遍存在的现象。着丝粒配对在减数破裂历程中详细是起着什么样的作用，又是如何被精致调控的，还需要举行深入的研究。寻找调控植物减数破裂早前期着丝粒配对的关键因子并探讨其作用机理，将对展现同源染色体配对的分子机理提供新的认识。

韩方普研究组收集玉米减数破裂I早前期和中期I后的花药，使用染色质免疫共沉淀获得与着丝粒特异组卵白CENH3 联合的卵白，通过质谱分析判定到减数破裂早前期着丝粒开始配对时与CENH3 联合的候选卵白为玉米中的SMC3（structure maintenance of chromosome 3）。在有丝破裂历程中，从间期到后期，SMC3定位在染色质上，在染色体臂上和着丝粒区都能检测到SMC3的信号，而且着丝粒区信号富集。减数破裂历程中，从细线期到粗线期，SMC3以点状信号定位在染色质上，而且在着丝粒区有大量富集（图A-C），减数破裂细线期到粗线期是着丝粒配对的时期，SMC3在着丝粒区的大量富集说明SMC3可能到场减数破裂早前期着丝粒的配对。

为了验证SMC3的功效，构建了SMC3基因的CRISPR/Cas9载体和RNAi载体，并举行了玉米的农杆菌转化。CRISPR/Cas9介导的突变率为100%的smc3突变体植株生长极端缓慢，而且在有丝破裂历程中，泛起高比例的姐妹染色单体提早分散（图D）或粘连异常（图E），以及染色体异常分散（F）。说明SMC3对维持姐妹染色单体间的粘连至关重要。在SMC3 RNAi转基因植株中，减数破裂细线期到粗线期，着丝粒不配对，着丝粒区SMC3信号削弱，染色质上SMC3信号消失，粗线期染色质形态异常。说明SMC3不仅对维持姐妹染色单体间的粘连至关重要，也到场减数破裂早前期着丝粒配对历程，为展现减数破裂历程中同源染色体配对的分子机制提供了新的依据。

该论文于1月29日在线揭晓于The Plant Cell杂志（DOI:10.1105/tpc.19.00834）。韩方普研究组事情人员张晶为第一作者，该研究获得国家自然科学基金的资助。

图: SMC3在减数破裂历程中的动态漫衍和smc3突变体细胞学特征。（A）野生型减数破裂细线期，（B）野生型减数破裂晚偶线期，（C）野生型减数破裂粗线期，（D）smc3突变体姐妹染色单体提早分散，（E）smc3突变体姐妹染色单体粘连异常，（F）smc3突变体染色体异常分散。绿色为SMC3抗体信号，红色为CENH3抗体信号，标尺长度10微米。

泉源：中国科学院遗传与发育生物学研究所