BRA-2 和 HIM-17 协同调控秀丽隐杆线虫减数分裂中染色体配对与联会的机制

为探究秀丽隐杆线虫减数分裂相关调控机制，研究人员研究 BRA-2 和 HIM-17，揭示其重叠与分离功能，意义重大。

　　在生命的繁衍过程中，减数分裂起着至关重要的作用，它确保了染色体准确地分配到子细胞中，从而形成正常的配子。然而，减数分裂过程中的染色体配对和联会机制却十分复杂，存在许多尚未解开的谜团。例如，同源染色体如何精确识别彼此？突触复合体（SC）的组装又是如何受到调控的？这些问题一直困扰着科研人员。

为了解开这些谜团，来自捷克马萨里克大学医学院生物学系、美国爱荷华大学、奥地利维也纳生物中心等多个机构的研究人员展开了深入研究。他们聚焦于秀丽隐杆线虫，通过一系列实验，探究了 BRA-2（BMP 受体相关家族成员 2）和 HIM-17（一种参与双链断裂形成的蛋白）在减数分裂中的作用机制。最终，他们的研究成果发表在《Nature Communications》上，为我们理解减数分裂的调控机制提供了重要的线索。

在研究方法上，研究人员主要运用了 CRISPR 技术构建标记菌株，利用免疫荧光技术观察蛋白定位和染色体状态，通过 RNA 测序分析基因表达变化，以及借助各种突变体和遗传杂交实验来探究基因间的相互作用。

研究结果主要有以下几个方面：

1. BRA-2 对交叉形成的重要性：研究发现，BRA-2 是实现高效交叉（CO）形成的关键因素，而其同源物 BRA-1 则并非必需。通过对 bra-2_(ok1171)突变体的研究发现，该突变体胚胎致死率高，减数分裂前期 I 终变期的染色体出现大量无交叉单价体，CO 指定位点数量显著减少，这表明 BRA-2 在 CO 形成中起着不可或缺的作用。
2. BRA-2 的定位与功能：BRA-2 在减数分裂前期 I 作为核因子存在，且在常染色体上富集，其加载独立于双链断裂（DSB）和联会。通过构建 HA::AID::bra-2 标记菌株，研究人员发现 BRA-2 与 HIM-17 在体内相互作用，但两者的染色质加载并不相互依赖。
3. BRA-2 对同源配对和 SC 组装的影响：BRA-2 在同源配对中并非必需，但对正常的 SC 组装至关重要。通过荧光原位杂交（FISH）和免疫染色实验表明，bra-2 突变体中染色体配对虽能实现，但水平略低于对照组，而 SC 组装则受到严重损害，SYP-1 加载明显减少，SC 聚合速度显著降低。
4. BRA-2 与 HIM-17 的协同作用：BRA-2 和 HIM-17 在促进常染色体配对和联会方面存在部分冗余功能。同时缺失 BRA-2 和 HIM-17 会导致常染色体配对和联会几乎完全丧失，而 X 染色体的联会仅在后期粗线期受到轻微影响。
5. HIM-17 在联会中的独立功能：HIM-17 促进联会的功能独立于其在 DSB 诱导中的作用。通过对 RAD-51 焦点的分析以及电离辐射实验，研究人员发现 SC 缺陷与 DSB 形成无关，这揭示了 HIM-17 在促进配对和联会中的新作用。
6. BRA-2 对 htp-1 突变体的影响：BRA-2 的缺失可恢复 htp-1 突变体中 CHK-2 的活性，减少非同源联会。在 htp-1 突变体中，BRA-2 缺失后，染色质聚集得以恢复，PLK-2 在核膜的定位延长，非同源联会减少，但配对水平并未显著改善。
7. HIM-17 对 htp-1 突变体的影响：HIM-17 的缺失部分缓解了 htp-1 突变体的配对和联会缺陷。htp-1;him-17 双突变体中，染色体配对和同源联会得到显著改善，PLK-2 在核膜的定位窗口变窄，与野生型相似。

研究结论和讨论部分指出，BRA-2 和 HIM-17 在减数分裂中发挥着重要作用，它们通过协同作用促进同源染色体配对和 SC 组装。BRA-2 在同源性评估后促进 SC 聚合，而 HIM-17 则在配对和联会过程中发挥着独立于 DSB 诱导的作用。此外，研究还发现 BRA-2 和 HIM-17 的缺失能够恢复因 htp-1 突变导致的非同源联会缺陷，这表明它们在维持同源性依赖的联会屏障中起着重要作用。

这项研究不仅揭示了秀丽隐杆线虫减数分裂中染色体配对和联会的调控机制，也为理解其他生物的减数分裂过程提供了重要参考。未来，研究人员将进一步深入探究 BRA-2 和 HIM-17 的分子作用机制，以及它们与其他相关蛋白的相互作用关系，这将有助于我们更全面地了解减数分裂的奥秘，为生殖医学和遗传学研究提供理论基础。