拟南芥FANCI蛋白在DNA损伤修复与基因组稳定性维持中的关键作用

《The Plant Journal》：Arabidopsis thalianaFANCONI ANAEMIA I (FANCI) has roles in the repair of interstrand crosslinks and CRISPR-Cas9 induced DNA double strand breaks

本文揭示了拟南芥FANCI蛋白作为Fanconi贫血通路核心组分，通过与FANCD2形成ID复合物，在DNA链间交联修复中发挥重要作用。研究通过表型分析、双分子荧光互补及CRISPR-Cas9诱导断裂修复测序，证实fanci突变体对丝裂霉素C敏感，且与mus81双突变体呈现协同效应，表明FANCI与MUS81核酸酶在ICL修复中存在功能互补。尤为重要的是，研究首次发现FA通路组分（FANCI、FANCD2、BRCA1）显著影响DSB修复产物谱系，提示其在复制叉稳定及同源重组中的非经典功能，为理解植物DNA损伤应答网络提供了新视角。

　　

研究背景

Fanconi贫血通路在哺乳动物中主要负责DNA链间交联修复，其功能缺陷会导致基因组不稳定性和癌症易感性。拟南芥中已鉴定出部分FA通路同源蛋白，但核心复合体组分保守性较低。前期研究表明拟南芥FANCM在ICL修复中作用有限，而核酸酶MUS81是主要修复途径。FANCI作为ID复合物关键组分，其在植物DNA损伤应答中的具体功能尚未系统解析。

FANCI与FANCD2在植物体内形成功能复合物

通过双分子荧光互补实验，本研究证实拟南芥FANCI与FANCD2在原生质体中存在直接相互作用，荧光信号主要定位于细胞核。酵母双杂交实验进一步验证了二者在真核系统中的结合能力。蛋白序列分析显示FANCI包含典型的螺旋-螺旋结构域和DNA结合位点，其C端区域存在多个磷酸化位点，提示翻译后修饰可能调控复合物功能。这些发现为植物ID复合物的进化保守性提供了实验证据。

FANCI缺失导致DNA损伤敏感性增强

表型分析发现fanci单突变体在正常生长条件下无明显缺陷，但对ICL诱导剂丝裂霉素C表现轻度敏感。与mus81突变体的遗传互作显示，fanci mus81双突变体可正常发育，但对MMC呈现极端敏感性，表明FANCI与MUS81在ICL修复中存在功能互补。此外，fanci突变体对紫外线辐射表现轻微敏感，但对X射线和羟基脲不敏感，提示FANCI在特定类型DNA损伤应答中具有特异性。

根尖分生组织细胞死亡分析

通过碘化丙啶染色发现，mus81单突变体根尖分生组织自发细胞死亡显著增加，而fanci单突变体与野生型无显著差异。值得注意的是，fanci mus81双突变体细胞死亡面积显著大于单突变体，表明FANCI缺失加剧了mus81背景下的基因组不稳定性。这种协同效应提示FANCI在保护分裂细胞免受内源性DNA损伤方面具有重要功能。

DSB修复谱系的重编程

利用CRISPR-Cas9在含反向重复序列的CCX基因位点诱导DSB，通过扩增子测序分析修复产物。野生型中单核苷酸插入占主导，而fanci突变体单核苷酸插入频率显著降低，长片段缺失比例增加。在无重复序列的CAT3基因位点验证实验重现了这一现象，且fancd2和brca1突变体也呈现类似修复谱系改变。进一步分析发现fanci突变体中微同源介导的修复事件增加，提示FA通路可能通过调控末端连接途径的选择性来影响DSB修复结局。

讨论与展望

本研究系统阐明了拟南芥FANCI在基因组稳定性维持中的多重功能。与哺乳动物不同，植物ICL修复存在MUS81、FAN1和RAD1三条并行通路，这可能解释了FA核心组分突变在植物中致死率较低的原因。FANCI对DSB修复产物谱系的影响可能源于其在复制叉稳定性维护中的作用：当复制叉遭遇CRISPR-Cas9诱导的断裂时，ID复合物可能通过稳定复制 machinery 来影响修复途径选择。另一种解释是FA通路通过促进同源重组来减少易错修复的使用，这一机制在fanci突变体中失效导致微同源介导的修复增加。这些发现不仅揭示了植物特异性DNA损伤应答机制，也为理解FA通路在DNA复制与修复交叉对话中的进化提供了新视角。