遺傳發育所在植物著絲粒研究中取進展

　　基因組測序及解析以及新技術的廣泛應用，讓人們得以繼續探索著絲粒和端粒等染色體上高度重復區域在生命活動中的新功能。植物著絲粒含有豐富的重復序列，如串聯重復序列（Satellite）和反轉座子（Retrotransposon），參與基因組空間構象和細胞分裂等重要的生物學功能。然而不同物種雙著絲粒染色體和新著絲粒染色體的不斷發現，說明著絲粒區域大量的重復序列既不是其功能的充分條件也不是必要條件（Birchler and Han 2018； Liu et al., 2015）。因此研究人員一直想知道著絲粒這些特異的重復序列在著絲粒功能和結構維持中發揮的作用以及著絲粒在失去活性和產生活性等過程的遺傳機制。

　　中國科學院遺傳與發育生物學研究所韓方普研究組利用玉米為材料，利用著絲粒特異表觀標記CENH3-RIP技術建立玉米著絲粒RNA文庫并通過高通量測序以及克隆篩選等方法，意外發現來自玉米著絲粒特異反轉座子序列CRM1通過反式剪切（Back splicing）的方式產生環RNA（圖1）。研究人員進一步通過分子生物學（Divergent primers PCR、Northern等）、基因組學和生物影像觀察（原子力顯微鏡）等方法證實重復序列來源的環狀RNA位于著絲粒區域。功能研究發現CRM1來源的環RNA通過R-loop結構結合在著絲粒區域，并影響著絲粒區域高級染色質結構，遺傳學的結果顯示環RNA水平的降低能夠影響CENH3核小體的定位。這些結果說明重復序列在著絲粒空間構象的維持和功能的發揮中發揮重要作用（圖2）。

　　韓方普研究組通過植物原生質體瞬時轉化進行反式剪切體外實驗，證實反轉座子序列發生的反式剪切過程在含有大量反轉座子的植物中發現（玉米，小麥，燕麥，高粱和大豆），然而在擬南芥和哺乳動物細胞系中沒有發現。小麥非編碼RNA數據也證實重復序列來源的環RNA在體內也真實存在，這些結果說明反轉座子反式剪切的過程非常保守。植物尤其是玉米、小麥等作物的基因組包含大量的反轉座子序列，這為后續研究重復序列在植物基因組進化以及染色質結構中的功能提供了一個新的角度。

　　該論文于1月29日在線發表于PLOS Biology（DO1:10.1371/journal.pbio.3000582），韓方普研究組已畢業博士研究生劉亞林和蘇漢東為該文章的共同第一作者，韓方普為通訊作者。該項工作得到遺傳發育所曹曉風實驗室、中科院生物物理研究所李國紅和俞洋實驗室在RNA功能分析的幫助，遺傳發育所黃勛和丁梅實驗室在動物細胞系驗證RNA剪切，物理所李偉實驗室幫助完成原子力顯微鏡觀察環RNA的實驗。該研究得到國家自然科學基金重點國際合作項目的資助。

圖1 玉米著絲粒反轉座子CRM1產生的環形RNA

圖2 CRM1產生的環RNA在著絲粒空間構象和功能維持中的作用