拟南芥AATF/Che-1同源基因AtCHE1通过维持基因组稳定性调控根尖分生组织发育

本研究揭示了拟南芥中哺乳动物AATF/Che-1的同源基因AtCHE1通过调控DNA损伤应答（DDR）通路维持根尖分生组织（RAM）稳态的分子机制。研究人员通过EMS诱变获得短根突变体che1，发现其因AT5G61330基因剪接缺陷导致基因组不稳定性和细胞死亡。实验证实AtCHE1与SOG1协同作用保护基因组完整性，为植物干细胞维持与DNA损伤修复的关联提供了新见解。

　　

在植物生长发育过程中，根尖分生组织（RAM）的干细胞微环境维持是器官形成的基础。然而，内源性代谢产物和外源性诱变剂导致的DNA损伤会威胁基因组稳定性，进而影响干细胞功能。虽然哺乳动物中RNA聚合酶II结合蛋白AATF/Che-1已被证实参与细胞周期调控和DNA损伤应答（DDR），但其在植物中的同源基因功能仍属未知。这项发表在《Communications Biology》的研究，首次系统解析了拟南芥AtCHE1基因在维持基因组稳定性和根发育中的关键作用。

研究人员通过EMS诱变筛选获得短根突变体che1，结合图位克隆发现AT5G61330基因第8内含子剪接位点G→A突变导致mRNA错误剪接。该基因编码的AtCHE1蛋白具有保守的AATF/Che-1结构域和TRAUB结构域，是拟南芥中唯一的AATF/Che-1同源基因。表型分析显示突变体出现根尖分生组织耗竭、干细胞标记基因WOX5表达异常、皮层细胞过早分化等缺陷。

主要技术方法

研究采用EMS诱变结合图位克隆鉴定突变基因；通过启动子-GUS报告系统和AtCHE1-GFP融合蛋白确定基因表达模式与亚细胞定位；利用彗星实验和γH2AX免疫荧光检测DNA损伤；采用qRT-PCR分析DDR相关基因表达；构建sog1-1;che1和atr-2;che1双突变体解析遗传互作关系。

The che1 mutant exhibits a short primary root and a disorganized stem cell niche(SCN)

突变体表现出根长缩短50%、皮层分裂细胞减少的典型表型。WOX5pro:GFP标记显示静止中心（QC）定位异常，J2341报告基因在columella初始细胞中的表达范围扩大，SCRpro:GFP等标记揭示皮层和内胚层细胞分裂模式紊乱，表明干细胞微环境维持受损。

AtCHE1 encodes the Arabidopsis homolog of the mammalian AATF/Che-1

序列分析发现AtCHE1与人类AATF/Che-1具有28.7%相似性，保留N端142-271氨基酸的AATF结构域。突变体产生仅含290个氨基酸的截短蛋白，缺失C端TRAUB结构域。系统发育分析显示AtCHE1在植物界高度保守。

AtCHE1 is ubiquitously expressed and localized in the nucleus

启动子-GUS显示AtCHE1在根尖分生组织高表达。共聚焦显微镜观察发现AtCHE1-GFP定位于细胞核，但与核仁标记H2B-tdTomato信号不重叠，提示其可能参与转录调控而非核糖体合成。

Expression of the root master regulator genes is altered in the che1 roots

DR5rev:GFP显示auxin响应未受影响，但PLT1/2pro:CFP表达范围缩小至干细胞区，qRT-PCR证实PLT1、PLT2、SCR和SHR转录水平显著下降，解释分生组织维持缺陷的表型。

che1 mutant shows cell death and DNA damage

彗星实验显示突变体DNA碎片增加2.3倍，γH2AX焦点积累证实存在双链断裂（DSBs）。HU和MMC处理加剧细胞死亡，但DDR基因AtBRCA1、AtRAD51诱导表达减弱，提示AtCHE1参与复制压力响应。

AtCHE1 plays a synergistic role with SOG1

sog1-1;che1双突变体在正常条件下细胞死亡面积比单突变增加40%，表明二者在维持基因组稳定性中存在功能互补。atr-2;che1双突变体对HU的敏感性低于atr-2单突变，暗示AtCHE1可能部分补偿ATR功能缺失。

这项研究首次确立AtCHE1在植物DDR通路中的关键地位：作为AATF/Che-1家族在拟南芥中的唯一代表，AtCHE1通过维持基因组稳定性保障根尖分生组织正常发育。其作用机制既保守又特异——虽与哺乳动物同源基因共享AATF结构域，但通过SOG1而非p53通路发挥作用。该发现为理解植物干细胞维持与基因组稳定性调控的分子关联提供了新视角，也为作物抗逆育种提供了潜在靶点。研究还提出有趣假设：AtCHE1可能通过影响PLT等关键转录因子的表达，将DNA损伤信号与发育程序重编程相偶联。