玉米籽粒发育重要机制获揭示

近日

The Plant Cell杂志在线发表植物生理学

与生物化学国家重点实验室

国家玉米改良中心

中国农业大学农学院教授宋任涛课题组的最新研究成果

该研究克隆和功能解析了

一个编码黏连蛋白loader亚基

Sister Chromatid Cohesion Protein 4 （SCC4）的基因

揭示了SCC4参与染色体分离和玉米籽粒发育的分子机制

黏连蛋白（cohesin）

是一个环形的SMC（染色体结构维持）复合物

主要由4个核心亚基组成

SMC1、SMC3、SCC1和SCC3

这个黏连蛋白负责DNA复制完成后的姐妹染色单体的黏连

是有丝分裂和减数分裂中

保证遗传物质稳定传递到子细胞的关键复合物

黏连蛋白还在基因表达调控

DNA凝缩和DNA修复等方面发挥作用

Cohesin loader复合物

由SCC2和SCC4组成

促进cohesin结合到染色体的特定位点上

SCC2主要负责与cohesin的结合

而SCC4主要负责识别cohesin在染色质上的结合位点

在植物中，cohesin复合物的研究较少

特别是SCC4的功能知之甚少

宋任涛课题组通过

对经典玉米籽粒突变体dek15的定位克隆

并进行转基因功能互补和等位测验

确定其是由于编码SCC4的基因

第一个外显子上的单碱基突变导致蛋白翻译

提前终止造成的

SCC4基因突变后籽粒变小

胚乳内含物大量减少且胚致死

进一步分析发现

SCC4基因缺失造成严重的细胞周期和胚乳内复制紊乱

细胞学结果显示SCC4功能缺失造成严重的有丝分裂缺陷

包括姐妹染色单体提前分离和多种染色体分离错误

且导致大量非整倍体的出现

SCC4功能缺失造成的黏连蛋白功能缺陷

可能是造成这些细胞分裂缺陷和籽粒发育异常的主要原因

此外

酵母双杂筛选出的四个染色质重塑蛋白可能参与招募SCC4

进而促进cohesin在染色质上的定位

这是首次对植物SCC4进行的功能鉴定