复旦大学马红PNAS发表新成果

近日，知名期刊《PNAS》刊登了复旦大学和北卡罗拉纳州立大学教堂山分校关于DNA合成和减数分裂重组的最新研究成果，探讨了引导链DNA伸长在减数分裂重组中所起的作用，发现了DNA合成在减数分裂重组通路分化中发挥的一个新作用。

　　

生物通报道：近日，知名期刊《PNAS》刊登了复旦大学和北卡罗拉纳州立大学教堂山分校关于DNA合成和减数分裂重组的最新研究成果，文章题为“Formation of interference-sensitive meiotic cross-overs requires sufficient DNA leading-strand elongation”，探讨了引导链DNA伸长在减数分裂重组中所起的作用，发现了DNA合成在减数分裂重组通路分化中发挥的一个新作用。

该论文通讯作者是复旦大学生命科学学院的副研究员王应祥和马红教授。王应祥2007年博士毕业于华南农业大学，曾在美国宾州州立大学、复旦大学进行过访问学者和博士后研究，2011年7月任复旦大学生命科学学院副研究员。马红教授1978-1979年就读中国科学技术大学生物系，1983年获美国费城Temple大学生物学与生物化学学士学位，1988年获美国麻省理工学院生物学博士学位。1988至1990年在美国加州理工学院从事博士后研究，1990至1998年在美国冷泉港实验室以独立PI从事植物分子遗传学与发育生物学研究工作，1998至2008年任美国宾州州立大学副教授／教授，进行植物生殖发育、比较基因组学、和分子进化生物学等研究工作，2008年6月正式成为复旦大学生命科学学院院史上第二位全球招聘院长。马红是活跃于美国科学界的卓有成就的年轻华人科学家之一，科研成果丰硕。他发现了植物第一个编码G蛋白亚基，同时也是花同源异型框基因的共同发现者。曾在Cell、PNAS、Nature、Nature Genetics、Plant Cell、Development等国际知名期刊发表论文多篇，总共被引用次数5000多次。延伸阅读：复旦大学马红《Genes&Dev》最新成果。

真核生物有性生殖需要减数分裂来产生来自双亲的单倍体配子。减数分裂重组不仅可以确保同源染色体的物理关系，以形成二价染色体，而且还会促进它们的准确分离，它是由SPO11编程的DNA双链断裂（DSBs）形成所引发的。减数分裂DSBs的修复在进化上是很重要的，因为它重新分配重组位点侧翼区域的基因变异（COs），或没有侧翼交换的基因转换[non-COs (NCOs)]，从而导致后代在遗传上不同于父母和兄弟姐妹。

大部分的生物体有两类COs：I型（干扰敏感）和II型（不敏感）COs。虽然DNA合成被认为对于DSB修复（DSBR）是必不可少的，但是分子遗传学研究却非常的有限。最近的全基因组研究提供证据表明，减数分裂COs和NCOs可能需要不同数量的DNA合成，但是潜在的机制尚不明确。

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这项研究表明，拟南芥POL2A——酵母DNA聚合酶-ε（一种先导链DNA聚合酶）的同系物，对于植物生育和减数分裂是必不可少的。POL2A突变可导致生育力下降及减数分裂缺陷，包括异常的染色体关联、不恰当的染色体分离和断裂。研究人员根据有丝分裂前期I细胞分布的观察发现，pol2a突变体可能延缓减数分裂重组的进展。此外，pol2a中残余的COs具有减少的CO干扰，以及pol2a和mus81的双突变体，这会影响II型COs，比任何一个突变体都显示出更严重的缺陷，从而表明POL2A在I型COs通路中发挥作用。

研究人员假设，足够的引导链DNA伸长可促进一些I型COs的形成。鉴于减数分裂重组和DNA合成在不同真核生物中是保守的，这项研究和该研究小组之前的研究表明，DNA合成在减数分裂重组通路的分化中，发挥一个新的作用。

（生物通：王英）

生物通推荐原文摘要：
Formation of interference-sensitive meiotic cross-overs requires sufficient DNA leading-strand elongation
Abstract: Meiosis halves diploid genomes to haploid and is essential for sexual reproduction in eukaryotes. Meiotic recombination ensures physical association of homologs and their subsequent accurate segregation and results in the redistribution of genetic variations among progeny. Most organisms have two classes of cross-overs (COs): interference-sensitive (type I) and -insensitive (type II) COs. DNA synthesis is essential for meiotic recombination, but whether DNA synthesis has a role in differentiating meiotic CO pathways is unknown. Here, we show that Arabidopsis POL2A, the homolog of the yeast DNA polymerase-ε (a leading-strand DNA polymerase), is required for plant fertility and meiosis. Mutations in POL2A cause reduced fertility and meiotic defects, including abnormal chromosome association, improper chromosome segregation, and fragmentation. Observation of prophase I cell distribution suggests that pol2a mutants likely delay progression of meiotic recombination. In addition, the residual COs in pol2a have reduced CO interference, and the double mutant of pol2a with mus81, which affects type II COs, displayed more severe defects than either single mutant, indicating that POL2A functions in the type I pathway. We hypothesize that sufficient leading-strand DNA elongation promotes formation of some type I COs. Given that meiotic recombination and DNA synthesis are conserved in divergent eukaryotes, this study and our previous study suggest a novel role for DNA synthesis in the differentiation of meiotic recombination pathways.