韩方普研究组在植物染色体组蛋白磷酸化研究取得进展

图:组蛋白 H3T3 磷酸化体细胞染色体前中期到中期的动态变化模式图

组蛋白磷酸化修饰与着丝粒功能的建立、维持相关 (Dong and Han. 2012)。 本实验室从 2010 年开始从事玉米、小麦 H2A 和 H3 的磷酸化修饰与染色体取向、分离等功能研究。由于植物染色体的复杂性及特殊性,一直得到部分不同于酵母及人类的结果。 H2A 磷酸化激酶 Bub1 的定位及细胞周期变化,结合 RNAi 与 H2A 磷酸化信号变化,在玉米特殊的微小染色体、减数分裂突变体中发现这一复合物与减数分裂 I 染色体着丝粒的取向无关,与着丝粒的活性相关的结果已经于 2017 年初发表在 New Phytologist(Su et al. 2017)。我们一直想找到 H3T3 磷酸化与染色体动态变化、着丝粒活性的关系及其变化的机制。经过多年的努力,获得了 H3T3 磷酸化的激酶 Haspin 抗体并详细进行玉米减数分裂突变体的细胞学观察。

体细胞 H3T3 磷酸化抗体免疫荧光结果表明:有丝分裂前期及早中期染色体,H3T3 磷酸化发生在姊妹染色体单体间。细胞周期 H3T3 磷酸化的动态变化以及玉米减数分裂突变体的结果均显示 H3T3 磷酸化与 cohesion 相关。非常有趣的是:失去活性的着丝粒部位也在早期出现 H3T3 磷酸化的信号 (图 a)。这一结果完全不同于 H2A 磷酸化及 H3Ser10 磷酸化只发生在有功能的着丝粒区。随着染色体收缩进入中期准备完成染色体的正确取向和分离,H3T3 磷酸化信号只在 inner centromere 出现 (图 b)。植物着丝粒区的 H3 核小体部分被 CENH3 核小体取代,但在有丝分裂前期及早中期染色体上,着丝粒区的 CENH3 核小体与 H3 核小体是混合在一起,没有区域或是位置的专化性。但染色体进入中期准备开始完成取向分向两极时,着丝粒区内侧(inner centromere)完全是 H3T3 核小体形成的区域;而外侧均是 CENH3 核小体分布为主。可能是和 spindle 的正确连接及功能动粒形成密切相关。深入研究动粒蛋白及其调控过程的工作正进行中。

上述初步研究结果于 2017 年 10 月 16 日发表在 Plant Journal 杂志( DOI: 10.1111/tpj.13748),韩方普研究组的博士研究生刘阳、苏汉东和刘亚林为论文第一作者。本项研究工作得到国家自然科学基金委的资助。

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