植物减数分裂特异的CDC20.1调控染色体分离的分子机制

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基本信息

  • 批准号：
    31570314
  • 项目类别：
    面上项目
  • 资助金额：
    65.0万
  • 负责人：
    王应祥
  • 依托单位：
    复旦大学
  • 学科分类：
    C0207.植物生殖与发育
  • 结题年份：
    2019
  • 批准年份：
    2015
  • 项目状态：
    已结题
  • 起止时间：
    2016-01-01 至2019-12-31

项目摘要

Meiosis is essential for sexual reproduction in eukaryotes. Chromosome segregation is one of key events to ensure successful completion of meiosis. Unlike mitosis with one cellular division following DNA replication once, meiosis takes one DNA replication by two successive nuclear and cellular divisions. The second chromosome segregation is occurred between sister chromatids, which is similar between mitosis and meiosis. Anaphase Promoting Complex (APC) is E3 ubiquitin ligase and plays important roles in regulating mitotic cell cycle progression, but their role in meiosis is unclear. Our previous studies demonstrated that three subunit of APCs may participate in meiosis. It is known that normal APC activity requires activator, like CDC20. Arabidopsis has five copies (CDC20.1-5). Our meiocytes transcriptome showed that CDC20.1 is specifically expressed, but not others. Further functional characterization demonstrated that CDC20.1 is only required for meiotic chromosome segregation. However, molecular mechanism of CDC20.1 in meiosis and its relationship with APC are unknown. Building on the previous results, this project will fully utilize molecular cell biology and genetics, biochemistry and proteomics, to investigate the molecular mechanism of CDC20.1 in regulating meiotic chromosome segregation. Given mechanisms of meiosis are highly conserved between plants and animals, the results will provide a theoretical basis not only for genetic manipulation of crops, but also for human reproductive health.
减数分裂是真核生物有性繁殖所必需的环节，染色体分离是保证减数分裂成功的核心事件之一。不同于有丝分裂中DNA复制一次，细胞分裂一次；减数分裂中DNA复制一次，细胞分裂两次（MI和MII）。MII与有丝分裂类似，将姊妹染色单体分开。后期促进复合体（APC）是E3泛素连接酶，主要功能是调节有丝分裂细胞周期，关于在减数分裂中的功能未见报道。我们前期研究表明APC的三个亚基可能参与减数分裂。由于正常APC的功能需要激活因子，如CDC20。拟南芥有5个拷贝，只有CDC20.1在减数分裂细胞特异表达，进一步研究证明CDC20.1只影响减数分裂中染色体分离，但是其作用机制及与APC的关系不清楚。本项目拟综合采用细胞学、生物化学和蛋白组学等手段，深入阐明CDC20.1特异作用减数分裂中染色体分离的分子机制，基于减数分裂在动植物之间的保守性，研究结果能够为动物和人类生殖健康提供重要的借鉴。

结项摘要

减数分裂是真核生物有性繁殖所必需的环节，染色体分离是保证减数分裂成功的核心事件之一。不同于有丝分裂中DNA复制一次，细胞分裂一次；减数分裂中DNA复制一次，细胞分裂两次（MI和MII）。MII与有丝分裂类似，将姊妹染色单体分开。后期促进复合体（APC）是E3泛素连接酶和及共激活因子，主要功能是调节有丝分裂细胞周期，关于在减数分裂中的功能鲜有报道。本研究发现植物减数分裂中期I同源染色体在赤道板上的正确排列和后期分离需要APC/C的激活因子CDC20.1，其调节机制可能通过调节组蛋白的磷酸化，作用纺锤体组装检验点依赖的途径，从而影响纺锤体与动粒的正确结合。同时还揭示了CDC20的两个拷贝是十字花科中15-33百万年之间产生的一对串联重复基因，且两者之间发生了功能分化。相关结果发表在“Plant Cell”。进一步研究鉴定到APC/C的两个亚基APC8和APC13，其突变导致类似cdc20.1的染色体排列异常表型，首次在植物中揭示了APC/C亚基参与调控减数分裂过程中同源二价体的排列和后期分离，相关结果发表在“New Phytologist”。此外，最近的研究还发现APC/C的另外一个共激活因子CCS52同样参与该环节，其作用机制可能通过影响APC/C活性，从而作用底物的降解。以上工作应邀在《The Arabidopsis Book》上撰写专题综述，总结了该领域的最新进展，并包括了以上成果。基于减数分裂在动植物之间的保守性，研究结果能够为动物和人类生殖健康提供重要的借鉴。

项目成果

期刊论文数量（12）
专著数量（0）
科研奖励数量（0）
会议论文数量（0）
专利数量（0）
Arabidopsis RAD51, RAD51C and XRCC3 proteins form a complex and facilitate RAD51 localization on chromosomes for meiotic recombination.
拟南芥 RAD51、RAD51C 和 XRCC3 蛋白形成复合物，促进 RAD51 在染色体上定位以进行减数分裂重组。
  • DOI：
    10.1371/journal.pgen.1006827
  • 发表时间：
    2017-05
  • 期刊：
    PLoS genetics
  • 影响因子：
    4.5
  • 作者：
    Su H;Cheng Z;Huang J;Lin J;Copenhaver GP;Ma H;Wang Y
  • 通讯作者：
    Wang Y
Insights Into the Role of Ubiquitination in Meiosis: Fertility, Adaptation and Plant Breeding.
深入了解泛素化在减数分裂中的作用：生育力、适应和植物育种。
  • DOI：
    10.1199/tab.0187
  • 发表时间：
    2018-01-01
  • 期刊：
    The arabidopsis book
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    Bolanos-Villegas, Pablo;Xu, Wanyue;Wang, Yingxiang
  • 通讯作者：
    Wang, Yingxiang
Meiocyte-Specific and AtSPO11-1-Dependent Small RNAs and Their Association with Meiotic Gene Expression and Recombination
减数分裂细胞特异性和 AtSPO11-1 依赖性小 RNA 及其与减数分裂基因表达和重组的关联。
  • DOI：
    10.1105/tpc.18.00511
  • 发表时间：
    2019-02-01
  • 期刊：
    PLANT CELL
  • 影响因子：
    11.6
  • 作者：
    Huang, Jiyue;Wang, Cong;Wang, Yingxiang
  • 通讯作者：
    Wang, Yingxiang
Engineering stable heterosis.
工程稳定的杂种优势。
  • DOI：
    10.1016/j.jgg.2019.01.002
  • 发表时间：
    2019
  • 期刊：
    Journal of Genetics and Genomics
  • 影响因子：
    5.9
  • 作者：
    Wang Yingxiang
  • 通讯作者：
    Wang Yingxiang
The PHD Finger Protein MMD1/DUET Ensures the Progression of Male Meiotic Chromosome Condensation and Directly Regulates the Expression of the Condensin Gene CAP-D3
PHD Finger 蛋白 MMD1/DUET 确保雄性减数分裂染色体缩合的进展，并直接调节缩合蛋白基因 CAP-D3 的表达。
  • DOI：
    10.1105/tpc.16.00040
  • 发表时间：
    2016
  • 期刊：
    Plant Cell
  • 影响因子：
    11.6
  • 作者：
    Wang Jun;Niu Baixiao;Huang Jiyue;Wang Hongkuan;Yang Xiaohui;Dong Aiwu;Makaroff Christopher;Ma Hong;Wang Yingxiang
  • 通讯作者：
    Wang Yingxiang

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  • 通讯作者：
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植物生殖生物学
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课题项目：调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要：

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题，其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子，其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而，TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用，影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法，探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用，为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义，并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路：

科学问题：TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达？
前期研究：已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应，但其具体机制尚不明确。
研究创新点：本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线：包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术：TRIM2与病毒RNA的相互作用分析，IFN-β启动子活性检测。
实验模型：使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

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          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
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