遺傳發育所在植物減數分裂著絲粒配對研究領域取得新進展

　　減數分裂是真核生物配子形成過程中一種特殊的細胞分裂方式，是生殖細胞產生的前提。同源染色體之間正確的識別、配對是減數分裂過程中染色體相互作用的開始，對於後續染色體的正確分離至關重要。目前，同源染色體相互精確識別並完成配對的過程和分子機理尚不十分清楚。

　　中國科學院遺傳與發育生物學研究所韓方普研究組長期從事植物減數分裂研究。前期在玉米中觀察到減數分裂早前期有同源著絲粒配對的現象，優先於端粒花束的形成，與著絲粒功能直接相關（Zhang et al. 2013. Plant Cell）。近年來在很多物種減數分裂早前期都觀察到著絲粒配對或聚集的現象，表明減數分裂早前期的著絲粒配對在大多數真核生物中是普遍存在的現象。著絲粒配對在減數分裂過程中具體是起著什麼樣的作用，又是如何被精細調控的，還需要進行深入的研究。尋找調控植物減數分裂早前期著絲粒配對的關鍵因子並探討其作用機理，將對揭示同源染色體配對的分子機理提供新的認識。

　　韓方普研究組收集玉米減數分裂I早前期和中期I後的花葯，利用染色質免疫共沉澱獲得與著絲粒特異組蛋白CENH3 結合的蛋白，通過質譜分析鑑定到減數分裂早前期著絲粒開始配對時與CENH3 結合的候選蛋白為玉米中的SMC3（structure maintenance of chromosome 3）。在有絲分裂過程中，從間期到後期，SMC3定位在染色質上，在染色體臂上和著絲粒區都能檢測到SMC3的信號，並且著絲粒區信號富集。減數分裂過程中，從細線期到粗線期，SMC3以點狀信號定位在染色質上，並且在著絲粒區有大量富集（圖A-C），減數分裂細線期到粗線期是著絲粒配對的時期，SMC3在著絲粒區的大量富集說明SMC3可能參與減數分裂早前期著絲粒的配對。

　　為了驗證SMC3的功能，構建了SMC3基因的CRISPR/Cas9載體和RNAi載體，並進行了玉米的農桿菌轉化。CRISPR/Cas9介導的突變率為100%的smc3突變體植株生長極度緩慢，並且在有絲分裂過程中，出現高比例的姐妹染色單體提早分離（圖D）或粘連異常（圖E），以及染色體異常分離（F）。說明SMC3對維持姐妹染色單體間的粘連至關重要。在SMC3 ^RNAi轉基因植株中，減數分裂細線期到粗線期，著絲粒不配對，著絲粒區SMC3信號減弱，染色質上SMC3信號消失，粗線期染色質形態異常。說明SMC3不僅對維持姐妹染色單體間的粘連至關重要，也參與減數分裂早前期著絲粒配對過程，為揭示減數分裂過程中同源染色體配對的分子機制提供了新的依據。 

　　該論文於1月29日在線發表於The Plant Cell 雜誌（DOI:10.1105/tpc.19.00834）。韓方普研究組工作人員張晶為第一作者，該研究得到國家自然科學基金的資助。

　　圖: SMC3在減數分裂過程中的動態分布和smc3突變體細胞學特徵。（A）野生型減數分裂細線期，（B）野生型減數分裂晚偶線期，（C）野生型減數分裂粗線期，（D）smc3突變體姐妹染色單體提早分離，（E）smc3突變體姐妹染色單體粘連異常，（F）smc3突變體染色體異常分離。綠色為SMC3抗體信號，紅色為CENH3抗體信號，標尺長度10微米。