來(lái)自中科院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所,，云南農(nóng)業(yè)大學(xué)的研究人員利用圖位克隆的方法,，在水稻中克隆了植物中首個(gè)Bub1同源基因BRK1(Bub1-related kinase1)，為解析細(xì)胞分裂過(guò)程中紡錘體組裝提出了新觀點(diǎn),，相關(guān)研究結(jié)果發(fā)表在12月15日在Plant Cell雜志上,。
領(lǐng)導(dǎo)這一研究的是遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所基因組生物學(xué)研究中心程祝寬研究員，其早年畢業(yè)于揚(yáng)州大學(xué),，目前主要從事植物減數(shù)分裂過(guò)程的遺傳控制,，水稻花器官發(fā)育及種子形成的分子機(jī)理等方面的研究。這項(xiàng)研究得到科技部和國(guó)家自然科學(xué)基金委項(xiàng)目的資助,。
在細(xì)胞分裂過(guò)程中紡錘絲與著絲粒起初會(huì)以隨機(jī)方式相連接,，使得前中期存在許多錯(cuò)誤的連接方式。比如一個(gè)著絲粒同時(shí)受到來(lái)自相反方向的紡錘絲牽引,，這種現(xiàn)象被稱作merotelic連接,。如果這些錯(cuò)誤的連接不被糾正，將會(huì)導(dǎo)致著絲粒間的拉力異常,，引起染色體的不同步分離,。因此，真核生物采用了一種監(jiān)控機(jī)制來(lái)延遲染色體分離,，給糾正錯(cuò)誤連接方式留有充足時(shí)間,，該機(jī)制被稱作紡錘體組裝監(jiān)控。
Bub1(Bub1-related kinase1)是一個(gè)絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶,，它是紡錘體組裝監(jiān)控機(jī)制中的上游蛋白,，可以招集其它監(jiān)控蛋白定位到著絲粒上。雖然Bub1的序列和功能在不同物種中比較保守,，可在植物界中至今仍未有相關(guān)報(bào)道,。
在這篇文章中，研究人員利用圖位克隆的方法,，在水稻中克隆了植物中首個(gè)Bub1同源基因BRK1(Bub1-related kinase1),。brk1突變體營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)正常，但在減數(shù)分裂后期I姊妹染色單體提前分離,，最終導(dǎo)致完全不育。BRK1具有保守的TPR和激酶結(jié)構(gòu)域,，而缺失了GLEBS結(jié)構(gòu)域,。BRK1在減數(shù)分裂及有絲分裂過(guò)程中始終定位在著絲粒蛋白復(fù)合體的外層，與酵母及多細(xì)胞動(dòng)物相似,，BRK1對(duì)于著絲粒區(qū)域組蛋白H2A第134位蘇氨酸的磷酸化起重要作用,，并且調(diào)控shugoshin蛋白的著絲粒定位,。
在brk1突變體減數(shù)分裂中期I，錯(cuò)誤的merotelic連接方式不能被及時(shí)修正,，使得該時(shí)期同源染色體著絲粒間的拉力降低,，并引起紡錘體形態(tài)異常，最終導(dǎo)致后期I同源染色體分離的不同步,。在BRK1喪失功能的情況下,，著絲粒區(qū)域組蛋白H3第10位絲氨酸在終變期不能被磷酸化。H3第10位絲氨酸是Aurora B激酶的保守底物,，而Aurora B又直接參與微管和著絲粒錯(cuò)誤連接的糾正,。因此，推測(cè)BRK1通過(guò)調(diào)節(jié)中期I早期Aurora激酶的定位從而促進(jìn)錯(cuò)誤連接方式的糾正,。
這項(xiàng)研究為探索植物紡錘體組裝監(jiān)控蛋白的功能開(kāi)創(chuàng)了先例,，是程祝寬研究組近年來(lái)細(xì)胞分裂研究方面的又一重要成果。
程祝寬研究組曾在Plant Cell,，Plant Journal等多份權(quán)威期刊中發(fā)表研究成果,，比如他們?cè)谒緶p數(shù)分裂同源染色體分離機(jī)制研究中取得新進(jìn)展，為進(jìn)一步揭示植物減數(shù)分裂過(guò)程中同源染色體分離的分子機(jī)制提供了新思路,。
除此之外,，今年早期這一研究組在之前研究的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步探明了植物雄性減數(shù)分裂起始的分子機(jī)制,，他們發(fā)現(xiàn)植物雄性生殖細(xì)胞的形成擁有其獨(dú)特的減數(shù)分裂起始機(jī)制,，花粉母細(xì)胞的正常發(fā)生受CC類谷氧還蛋白MIL1調(diào)控，MIL1基因突變導(dǎo)致花粉母細(xì)胞不能正常形成,，從而不能進(jìn)入減數(shù)分裂,，對(duì)應(yīng)細(xì)胞繼續(xù)進(jìn)行有絲分裂。該突變還影響內(nèi)層花藥壁細(xì)胞的分化,，但不影響大孢子母細(xì)胞的形成與減數(shù)分裂進(jìn)行,。(生物谷Bioon.com)
DOI:10.1105/tpc.112.105874
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PMID:
BRK1, a Bub1-Related Kinase, Is Essential for Generating Proper Tension between Homologous Kinetochores at Metaphase I of Rice Meiosis
Mo Wanga,1, Ding Tanga,1, Qiong Luob, Yi Jina, Yi Shena, Kejian Wanga and Zhukuan Chenga,2
Bub1 (for budding uninhibited by benzimidazole 1), one of the main spindle checkpoint kinases, acts as a kinetochore scaffold for assembling other checkpoint proteins. Here, we identify a plant Bub1-related kinase 1 (BRK1) in rice (Oryza sativa). The brk1 mutants are sterile due to the precocious separation of sister chromatids at the onset of anaphase I. The centromeric recruitment of SHUGOSHIN1 and phosphorylation of histone H2A at Thr-134 (H2A-pT134) depend on BRK1. Although the homologs can faithfully separate from each other at the end of meiosis I, the uncorrected merotelic attachment of paired sister kinetochores at the early stage of metaphase I in brk1 reduces the tension across homologous kinetochores, causes the metaphase I spindle to be aberrantly shaped, and subsequently affects the synchronicity of homolog separation at the onset of anaphase I. In addition, the phosphorylation of inner centromeric histone H3 at Ser-10 (H3-pS10) during diakinesis depends on BRK1. Therefore, we speculate that BRK1 may be required for normal localization of Aurora kinase before the onset of metaphase I, which is responsible for correcting the merotelic attachment. Glossary SAC spindle assembly checkpoint APC/C anaphase-promoting complex/cyclosome CPC chromosomal passenger complex RACE rapid amplification of cDNA ends RNAi RNA interference TPR tetratrichopeptide repeat FISH fluorescence in situ hybridization DAPI 4′,6-diamidino-2-phenylindole
