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。
宋任涛为通讯作者，博士研究生何永辉为论文第一作者。该工作得到了科技部和国家自然科学基金委资助。