東北地理所揭示了大豆DNA錯(cuò)配修復(fù)蛋白調(diào)控減數(shù)分裂和植株育性的分子機(jī)制
減數(shù)分裂是有性繁殖生物產(chǎn)生生殖細(xì)胞的重要方式。在第一次減數(shù)分裂前期發(fā)生同源染色體配對(duì)和重組,不僅促進(jìn)了后代遺傳信息的多樣性,同時(shí)也保證了同源染色體在后期的正確分離。因此,減數(shù)分裂重組對(duì)于生物的遺傳和進(jìn)化具有重要的意義。
東北地理所研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)大規(guī)模篩選大豆突變體庫(kù),分離到一個(gè)雌配子和雄配子育性都降低的突變體Glycine max female and male sterility 1(Gmfms1),該突變體的花粉活力和正常胚囊比例均下降。通過(guò)圖位克隆定位到控制該不育表型的目的基因GmFMS1,該基因編碼DNA錯(cuò)配修復(fù)蛋白GmMLH1(Glycine max MutL homolog 1)。GmMLH1突變會(huì)導(dǎo)致花粉母細(xì)胞在第一次減數(shù)分裂終變期產(chǎn)生大量的單價(jià)體,這些單價(jià)體在后期向細(xì)胞兩極隨機(jī)分離,從而形成異常的非整倍體配子,進(jìn)而造成植株育性嚴(yán)重下降。與野生型相比,Gmmlh1突變體中交叉結(jié)數(shù)目下降78.16%,且剩余交叉頻率呈現(xiàn)為隨機(jī)分布狀態(tài),這表明GmMLH1基因參與大豆干擾敏感型交叉的形成。體內(nèi)和體外蛋白互作實(shí)驗(yàn)證明,GmMLH1和GmMLH3相互作用,形成具有核酸內(nèi)切酶活性的蛋白復(fù)合體,該復(fù)合體在減數(shù)分裂重組中間體的解離中發(fā)揮作用。
研究闡明GmMLH1通過(guò)參與減數(shù)分裂交叉重組進(jìn)而影響植株育性的分子機(jī)制,為減數(shù)分裂在豆科作物中的研究提供了新的見(jiàn)解。
研究成果近期發(fā)表在國(guó)際生物學(xué)一區(qū)期刊《Plant Physiology》上。中國(guó)科學(xué)院東北地理與農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所博士研究生吳濤為論文第一作者,楊素欣研究員和馮獻(xiàn)忠研究員為論文通訊作者。該研究得到了中國(guó)科學(xué)院重點(diǎn)部署項(xiàng)目(ZDRW-ZS-20192-02)、中國(guó)科學(xué)院戰(zhàn)略重點(diǎn)研究項(xiàng)目(XDA24030303)、吉林省科技發(fā)展計(jì)劃項(xiàng)目(20210302005NC)和之江實(shí)驗(yàn)室(2021PE0AC04)資助。
論文信息:
Tao Wu?,Suxin Yang*,Junling Fang,Yongheng Ye,Yaohua Zhang,Jinshan Gao,Jiantian Leng,Zhirui Zhang,Kuanqiang Tang,Javaid Akhter Bhat,Xianzhong Feng*. MutL homolog 1 participates in interference-sensitive meiotic crossover formation in soybean. Plant Physiology,2024. DOI: 10.1093/plphys/kiae165.
文章鏈接:
https://doi.org/10.1093/plphys/kiae165
圖1. 熒光原位雜交分析大豆Gmmlh1突變體中單價(jià)體和后期Ⅰ滯后染色體
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