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該結(jié)果于8月1日發(fā)表在《自然-植物》雜志上。這項研究是由東京大學的研究人員及其合作者領(lǐng)導的。

在細胞分裂的過程中，被稱為著絲粒的特殊染色體域被拉到細胞的兩端。在細胞分裂完成并構(gòu)建了細胞核后，著絲粒在空間上分布在細胞核中。如果被拉到兩極的著絲粒分布保持不變，那么細胞核的著絲粒將只集中在細胞核的一側(cè)。這種不均勻的著絲粒分布被稱為拉布爾構(gòu)型，以19世紀的細胞學家卡爾-拉布爾的名字命名。一些物種的細胞核顯示出分散的著絲粒分布。這被稱為非拉布爾構(gòu)型。

通訊作者、東京大學前沿科學研究生院教授Sachihiro Matsunaga說：“拉布爾構(gòu)型或非拉布爾構(gòu)型的生物功能和分子機制在幾個世紀以來一直是個謎。我們成功地揭示了構(gòu)建非拉布爾構(gòu)型的分子機制?！?/p>

科學家們研究了植物擬南芥，是一種已知具有非拉布爾構(gòu)型的標本，以及其具有拉布爾構(gòu)型的突變形式。通過他們的工作，他們發(fā)現(xiàn)被稱為凝集素II（CII）的蛋白復(fù)合物和被稱為核骨架和骨架連接體（LINC）復(fù)合物的蛋白復(fù)合物共同作用，決定細胞分裂過程中的著絲粒分布。

Matsunaga說：“非拉布爾構(gòu)型的中心粒分布是由CII-LINC復(fù)合物和一種被稱為CROWDED NUCLEI（CRWN）的核層蛋白獨立調(diào)節(jié)的。”

研究人員發(fā)現(xiàn)的著絲粒分布的兩步調(diào)控機制的第一步是，CII-LINC復(fù)合物介導著絲粒從晚期aphase到telophase--細胞分裂末期的兩個階段的散布。該過程的第二步是，CRWNs將分散的著絲粒穩(wěn)定在細胞核內(nèi)的核層上。

接下來，為了探索其生物學意義，研究人員分析了A. thaliana及其拉布爾結(jié)構(gòu)突變體中的基因表達。由于著絲粒空間排列的變化也會改變基因的空間排列，研究人員預(yù)計會發(fā)現(xiàn)基因表達的差異，但事實證明這一假設(shè)是不正確的。然而，當施加DNA損傷壓力時，該突變體以比正常植物更慢的速度生長器官。

“這表明著絲?？臻g排列的精確控制是響應(yīng)DNA損傷應(yīng)激的器官生長所必需的，而非拉布爾構(gòu)型和拉布爾構(gòu)型的生物體對DNA損傷應(yīng)激的耐受性沒有差別，”Matsunaga說?！斑@表明，無論拉布爾構(gòu)型如何，DNA在細胞核中的適當空間排列對應(yīng)激反應(yīng)很重要?！?/p>

據(jù)Matsunaga說，接下來的步驟是確定改變特定DNA區(qū)域空間排列的動力源和識別特定DNA的機制。

他說：“這樣的發(fā)現(xiàn)將導致開發(fā)出在細胞核中以適當?shù)目臻g排列人為地安排DNA的技術(shù)。預(yù)計這項技術(shù)將使創(chuàng)造抗壓生物體成為可能，并通過改變DNA的空間排列而不是編輯其核苷酸序列來賦予新的特性和功能。”