NC | 小麦减数分裂中不同同源重组修复交叉 模式调控小麦生殖发育

减数分裂重组由 SPO11 和 MTOPVIB通过同源重组修复交叉 (CO) 或非同源重组交叉 (NCO)来催化的大量 DNA产生双链断裂 (DSB)，在拟南芥和小麦中，CO 通过 I 类或 II 类途径形成， 这两类途径对于减数分裂时期中染色体的分离和植物的生长发育具有重要的作用。

2022年6月25日，Nature Communications杂志在线发表了题为“FANCM promotes class I interfering crossovers and suppresses class II non-interfering crossovers in wheat meiosis”的研究论文。该研究表明FANCM不仅可以在小麦减数分裂中促进 I 类干扰交叉并抑制 II 类非干扰交叉来影响配子的形成和种子的正常发育，在六倍体小麦中，与野生型相比，遗传作图显示fancm中的交叉增加了 31%，表明 fancm 可以成为加速育种的有效工具。

在拟南芥和小麦中，CO 通过 I 类或 II 类途径形成。I 类途径合成比例约占 85% 从而形成专性 CO，它能确保每个染色体对通过减数分裂特异性蛋白 MER3/RCK 的作用接收至少一个 CO， 从而促进正确的染色体分离。

小麦是一种异源多倍体作物物种，其中主要分布在远端的 COs/chiasmata 在每对染色体上很少超过两个。COs 主要形成于富含基因的区域，与末端多梳组蛋白修饰H3K27me3的富集相关，表明兼性异染色质在塑造重组景观中具有潜在作用。CO 频率和分布降低了在作物育种计划中创造有利的新型等位基因组合的可能性。因此，FANCM 等抗 CO 因素提供了克服这些限制的潜在方法。

FANCM 在小麦中是保守的，为了鉴定小麦中的 FANCM 直系同源物，使用拟南芥 FANCM 氨基酸序列进行了 BLAST 搜索。在四倍体小麦 T. turgidum 中鉴定出两个 FANCM 直系同源物：TtFANCM-A1 和 TtFANCM-B1。在六倍体小麦 T. aestivum 中鉴定出三个 FANCM 直系同源物：TaFANCM-A1 、TaFANCM-B1 和 TaFANCM-D。其中，四倍体（Triticum turgidum，AABB）（图1a）和六倍体小麦（Triticum aestivum，AABBDD）（图1b）的单个fancm同源突变体被杂交以产生无效敲除，花粉活力显著下降，这表明配子形成过程中发生的缺陷对种子发育有直接影响，小麦的正常生育需要 FANCM。

为了确定 fancm 无效突变体的生育力和花粉活力降低的原因，分别对对四倍体和六倍体小麦母细胞进行了细胞学分析，相似的结果表明由于专性交叉缺失导致的染色体错误分离是 fancm 无效突变体中花粉活力和种子产量降低的最可能原因。

我们观察到 FANCM 在四倍体和六倍体小麦中保持专性交叉，从而通过将 I 类交叉蛋白 HEI10 定位在粗线期来确保每个染色体对都表现出至少一个交叉。

FANCM 还抑制在 fancm msh5 四倍突变体中增加 2.6 倍的 II 类交叉。这些数据与 FANCM 在 I 类指定交叉位点的第二端捕获中的作用一致，而 FANCM 也需要促进非交叉点的形成。

在六倍体小麦中，遗传作图显示，与野生型相比，fancm 中的交叉增加了 31%，表明 fancm 可以成为加速育种的有效工具。fancm 的交叉率差异与野生型交叉分布相关，表明染色质可能以类似的方式影响野生型和 fancm 的重组景观。

原文链接：

https://www.nature.com/articles/s41467-022-31438-6

转自：植物生物技术Pbj

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