复旦大学生科院权威期刊发表同源染色体调控新机制

　　

    The Plant Cell在线发表复旦大学生命科学学院、遗传工程国家重点实验室及遗传与发育协同创新中心王应祥研究员的最新研究成果：关于减数分裂过程中同源染色体浓缩进程调控的分子机制。

       减数分裂是DNA复制一次，细胞核分裂两次，产生单倍体的精子和卵子，是真核生物有性生殖所必需的过程。减数分裂过程的异常会影响到精子和卵子的质量，最终会影响人类生殖健康及农作物的育性和产量。不同于有丝分裂过程中染色体的快速浓缩，减数分裂的核心事件是前期I同源染色体之间的相互作用，同源染色体的浓缩是一个逐步的过程，需要保证核心事件配对、联会和重组的有序进行。已有的研究表明，染色体浓缩主要受浓缩蛋白复合体的调控，关于减数分裂中同源染色体的浓缩进程还未有报道。本研究发现了植物生殖细胞特异表达的一个PHD结构域蛋白质MMD1，其突变影响染色体的前期浓缩进程为切入点。

图1：MMD1基因突变导致同源二价体的浓缩异常

 

       序列分析表明MMD1蛋白质只包括一个PHD的锌指结构域，我们首先通过遗传学实验证明，该结构域是MMD1行使调控浓缩功能所必须的；进一步利用生物化学实验证明PHD结构域可以识别组蛋白的修饰；通过转录组分析发现MMD1影响1000多个基因的表达，包括染色质浓缩和结构相关的一批基因；染色质免疫共沉淀实验证明MMD1可以直接调控染色质浓缩因子CAP-D3的表达；细胞学分析表明cap-d3突变体表现出类似mmd1染色体浓缩异常的表型。综上所述，本研究证明了MMD1是减数分裂过程中同源染色体浓缩进程的一个重要调控因子，其作用机制可能是通过直接调控染色质浓缩基因的表达。

图2：MMD1调控染色体浓缩的模型

 

       复旦大学生命科学学院博士生王君为文章第一作者，王应祥研究员为通讯作者，马红教授和董爱武教授也参与了该研究工作。该课题得到了科技部重大研究计划，国家自然科学基金委，遗传学国家重点实验室，遗传与发育协同创新中心，以及Rijk Zwaan种子公司的项目资助。文章链接：http://www.plantcell.org/content/28/8/1894。

       近五年来，王应祥研究员课题组围绕植物减数分裂过程中同源染色体相互作用的分子遗传学机制展开研究，在减数分裂重组中DNA合成的分子基础方面，取得了一系列研究成果。作为第一作者和通讯作者（含并列）在PNAS、Plant Cell、PLoS Genetics、New Phytologist和Plant J等期刊发表SCI文章10多篇。

原文摘要：

The PHD Finger Protein MMD1/DUET Ensures the Progression of Male Meiotic Chromosome Condensation and Directly Regulates the Expression of the Condensin Gene CAP-D3[

Chromosome condensation, a process mediated by the condensin complex, is essential for proper chromosome segregation during cell division. Unlike rapid mitotic chromosome condensation, meiotic chromosome condensation occurs over a relatively long prophase I and is unusually complex due to the coordination with chromosome axis formation and homolog interaction. The molecular mechanisms that regulate meiotic chromosome condensation progression from prophase I to metaphase I are unclear. Here, we show that the Arabidopsis thaliana meiotic PHD-finger protein MMD1/DUET is required for progressive compaction of prophase I chromosomes to metaphase I bivalents. The MMD1 PHD domain is required for its function in chromosome condensation and binds to methylated histone tails. Transcriptome analysis and qRT-PCR showed that several condensin genes exhibit significantly reduced expression in mmd1 meiocytes. Furthermore, MMD1 specifically binds to the promoter region of the condensin subunit gene CAP-D3 to enhance its expression. Moreover, cap-d3 mutants exhibit similar chromosome condensation defects, revealing an MMD1-dependent mechanism for regulating meiotic chromosome condensation, which functions in part by promoting condensin gene expression. Together, these discoveries provide strong evidence that the histone reader MMD1/DUET defines an important step for regulating the progression of meiotic prophase I chromosome condensation.