東北地理所揭示了大豆DNA錯配修復蛋白調控減數分裂和植株育性的分子機制
減數分裂是有性繁殖生物產生生殖細胞的重要方式。在第一次減數分裂前期發生同源染色體配對和重組,不僅促進了后代遺傳信息的多樣性,同時也保證了同源染色體在后期的正確分離。因此,減數分裂重組對于生物的遺傳和進化具有重要的意義。
東北地理所研究團隊通過大規模篩選大豆突變體庫,分離到一個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錯配修復蛋白GmMLH1(Glycine max MutL homolog 1)。GmMLH1突變會導致花粉母細胞在第一次減數分裂終變期產生大量的單價體,這些單價體在后期向細胞兩極隨機分離,從而形成異常的非整倍體配子,進而造成植株育性嚴重下降。與野生型相比,Gmmlh1突變體中交叉結數目下降78.16%,且剩余交叉頻率呈現為隨機分布狀態,這表明GmMLH1基因參與大豆干擾敏感型交叉的形成。體內和體外蛋白互作實驗證明,GmMLH1和GmMLH3相互作用,形成具有核酸內切酶活性的蛋白復合體,該復合體在減數分裂重組中間體的解離中發揮作用。
研究闡明GmMLH1通過參與減數分裂交叉重組進而影響植株育性的分子機制,為減數分裂在豆科作物中的研究提供了新的見解。
研究成果近期發表在國際生物學一區期刊《Plant Physiology》上。中國科學院東北地理與農業生態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忠研究員為論文通訊作者。該研究得到了中國科學院重點部署項目(ZDRW-ZS-20192-02)、中國科學院戰略重點研究項目(XDA24030303)、吉林省科技發展計劃項目(20210302005NC)和之江實驗室(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突變體中單價體和后期Ⅰ滯后染色體
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