减数分裂是有性繁殖生物产生生殖细胞的重要方式。在第一次减数分裂前期发生同源染色体配对和重组,不仅促进了后代遗传信息的多样性,同时也保证了同源染色体在后期的正确分离。因此,减数分裂重组对于生物的遗传和进化具有重要的意义。

东北地理所研究团队通过大规模筛选大豆突变体库,分离到一个雌配子和雄配子育性都降低的突变体Glycine max female and male sterility 1(Gmfms1),该突变体的花粉活力和正常胚囊比例均下降。通过图位克隆定位到控制该不育表型的目的基因GmFMS1,该基因编码DNA错配修复蛋白GmMLH1(Glycine max MutL homolog 1)。GmMLH1突变会导致花粉母细胞在第一次减数分裂终变期产生大量的单价体,这些单价体在后期向细胞两极随机分离,从而形成异常的非整倍体配子,进而造成植株育性严重下降。与野生型相比,Gmmlh1突变体中交叉结数目下降78.16%,且剩余交叉频率呈现为随机分布状态,这表明GmMLH1基因参与大豆干扰敏感型交叉的形成。体内和体外蛋白互作实验证明,GmMLH1和GmMLH3相互作用,形成具有核酸内切酶活性的蛋白复合体,该复合体在减数分裂重组中间体的解离中发挥作用。

研究阐明GmMLH1通过参与减数分裂交叉重组进而影响植株育性的分子机制,为减数分裂在豆科作物中的研究提供了新的见解。

研究成果近期发表在国际生物学一区期刊《Plant Physiology》上。中国科学院东北地理与农业生态研究所博士研究生吴涛为论文第一作者,杨素欣研究员和冯献忠研究员为论文通讯作者。该研究得到了中国科学院重点部署项目(ZDRW-ZS-20192-02)、中国科学院战略重点研究项目(XDA24030303)、吉林省科技发展计划项目(20210302005NC)和之江实验室(2021PE0AC04)资助。

论文信息:

Tao Wu ,Suxin Yang^*,Junling Fang,Yongheng Ye,Yaohua Zhang,Jinshan Gao,Jiantian Leng,Zhirui Zhang,Kuanqiang Tang,Javaid Akhter Bhat,Xianzhong Feng^*. MutL homolog 1 participates in interference-sensitive meiotic crossover formation in soybean. Plant Physiology,2024. DOI: 10.1093/plphys/kiae165.

文章链接:

https://doi.org/10.1093/plphys/kiae165

图1. 荧光原位杂交分析大豆Gmmlh1突变体中单价体和后期Ⅰ滞后染色体