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RDR6调控减数分裂DNA双链断裂的形成

  2020730日,The Plant Cell杂志在线发表中国科学院遗传与发育生物学研究所程祝宽研究组题为Oryza sativa RNA-dependent RNA polymerase 6 contributes to DSB formation in rice meiosis”的研究论文,揭示了RDR6诱导减数分裂DNA双链断裂的形成,确保同源重组的正确进行发挥了重要作用。 

 

  减数分裂是真核生物有性生殖过程中非常重要的生物学事件,该过程中染色体复制一次,而细胞连续分裂两次,产生相对于母体染色体数目减半的配子,保证了物种世代交替过程中染色体数目的稳定。减数分裂起始源于程序化DNA双链断裂(Double-Strand Breaks, DSBs)的形成。因此,DSB正常产生是确保减数分裂一系列重要事件顺利进行的前提。 

 

  RDR6是重要的RNA依赖RNA聚合酶,在小RNA的生物发生过程中发挥着重要的功能。水稻rdr6突变体是一经典的致死突变体,其强等位突变体由于影响胚芽的发育而不能萌发成苗,因而对其在整个生命周期中的功能尚缺乏足够认识。该研究团队鉴定到一个新的水稻rdr6突变体,仅在减数分裂过程中表现出异常的染色体行为,因而命名为rdr6-meiosis (rdr6-mei)。在rdr6-mei突变体中,减数分裂DSB的形成明显减少,导致一部分同源染色体不能配对和联会。进一步利用基因编辑技术获得了该基因的强等位突变体,并将它们的杂合体进行杂交,产生了一个减数分裂表型更加明显的复等位突变体,其DSB完全丧失,同源染色体不能配对,表明RDR6参与了减数分裂特异DSB的形成过程。 

 

  RNA测序以及转录组分析发现,在rdr6-mei突变体中小RNA的含量发生改变,导致基因的表达调控出现异常。在457个下调表达基因中,启动子及3’调控区域上调的24-ntRNA,很可能影响了这些基因的转录。这些下调表达基因中包含三个已知的DSB形成相关基因,分别为SDSP31cometCRC1,并且在SDSP31comet周围存在显著上调的24-ntRNA cluster。推测RDR6可能通过小RNA途径影响了这些基因的表达,并进一步影响减数分裂特异DSB的形成。 

 

  程祝宽研究组博士研究生刘长振,助理研究员沈懿和毕业学生覃宝祥博士为论文的共同第一作者;程祝宽研究员以及南京农业大学吴玉峰教授为通讯作者。本研究得到国家自然科学基金以及中科院A类先导专项的支持。 

 

  图:RDR6参与调控减数分裂程序性DSB的形成