PNAS|四川大学林宏辉/邓星光团队联合加州大学柳波团队揭示KNL1通过纺锤体组装检查点调控植物细胞分...

　　

在有丝分裂过程中，染色体向子细胞的正确分配依赖于在染色体着丝粒上组装的动粒蛋白复合物。动粒和纺锤体微管的附着受到纺锤体组装检查点(Spindle assembly checkpoint，SAC)严格监控，以延迟细胞进入后期，直到所有动粒正确附着。拟南芥KNL1仅在两个功能域上与动物相关，其余氨基酸序列几乎没有同源性，所以植物同源物能否在SAC信号传导中起作用？高度分化的KNL1家族蛋白在不同植物谱系中的功能是否不同？这些问题都值得研究。

近日，四川大学生命科学学院林宏辉/邓星光团队与美国加州大学戴维斯分校柳波团队合作在PNAS发表了题为“A coadapted KNL1 and spindle assembly checkpoint axis orchestrates precise mitosis in Arabidopsis”的研究论文。该论文解析了动粒蛋白KNL1和纺锤体组装检查点信号分子之间的快速进化和谱系特异性联系。

   

该研究在拟南芥中鉴定出可存活但生长迟缓的kn11-1纯合后代，同时使用CRISPR/Cas9基因组编辑技术生成了另外两个提前终止翻译的等位基因kn11-2^cr和kn11-3^cr，在此基础上运用细胞学结合遗传学及分子生物学方法对KNL1的生物学功能开展了系统的研究工作。

                             

KNL1 Plays a Critical Role in Faithful Chromosome Segregation.

研究发现，KNL1是贯穿有丝分裂细胞分裂周期的动粒组成蛋白，该蛋白的缺失会直接导致有丝分裂过程发生错误：一些染色体位于纺锤极附近，而其他染色体已经在中期板上对齐；形成不同大小的微核并与较大的子核分离。进一步的研究表明，纺锤体组装检查点成员BUB3.3和BMF3与KNL1 N端的双子叶特定区域（ESD）相互结合而发生互作。此外，还发现在拟南芥KNL1启动子的控制下，双子叶植物番茄的KNL1同源物能在一定程度上恢复knl1-1突变体的功能，而早期陆生植物苔藓以及单子叶植物水稻的同源物则不能。

 

KNL1 deploys a eudicot-specific domain to recruit BUB3.3 and BMF3 to kinetochores.

该研究证明了拟南芥KNL1蛋白获得了与双子叶特异性序列结构相关的新功能特征，同时保留了作为动粒支架蛋白招募关键SAC信号分子的基本功能。拟南芥中可育的kn11-1突变体为我们揭示这种快速进化的蛋白如何获得谱系特异性以及该蛋白如何在有丝分裂过程中与SAC调控耦合提供了很大的优势。因此，该研究为植物SAC信号的特异性特征带来了新的见解，这与在动物和真菌细胞中的认识不同。

四川大学生命科学学院林宏辉教授、邓星光副研究员和加州大学戴维斯分校柳波教授为论文共同通讯作者。四川大学邓星光副研究员、博士研究生何颖和唐小雅为论文共同第一作者。该研究工作得到了国家自然科学基金、四川省自然科学基金及四川大学创新团队等项目的资助。

参考文献：

N. London, S. Biggins, Signalling dynamics in the spindle checkpoint response. Nat. Rev. Mol. Cell Biol. 15, 736–747 (2014).
P. Lara-Gonzalez, J. Pines, A. Desai, Spindle assembly checkpoint activation and silencing at kinetochores. Semin. Cell Dev. Biol. 117, 86–98 (2021).

论文链接：

https://doi.org/10.1073/pnas.2316583121