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植物中单链断裂诱导基因组DNA修复的重要机制
日期:2021-08-31 作者:未知 来源:植物生物技术 点击:
   在自然界中,DNA 中的单链断裂(SSBs)相对于双链断裂(DSBs)发生得更加频繁。目前,流行的 CRISPR/Cas9 技术能在 DNA 链上 50-100 bp 起到高效的突变作用,导致碱基序列的插入和缺失。其中,插入主要以串联重复的方式发生。
  由于短串联重复序列在植物基因组中的比例很高,这一机制对研究基因组进化具有重要意义。
  近日,国际知名植物学杂志 The Plant Cell 在线发表了德国卡尔斯鲁厄理工学院植物研究所 Holger Puchta 团队名为“Different DNA repair pathways are involved in single-strand break-induced genomic changes in plants”的研究论文。
  作者在之前的研究中已经证明,在模式植物拟南芥中,单个 SSB 的诱导几乎不会引起突变,但可以强烈地增加染色体内重复片段之间的同源重组(Fauser et al.,2014),并证明了 5‘端悬挑约 50 个核苷酸的交错断裂具有很强的诱变性,会导致广泛的插入和缺失(Schiml et al.,2016)。作者在这篇论文中分析发现,配对、交错的单胞体和双胞体插入的性质和形成机制在植物细胞中是不同的,并进一步在文中明确了复制形成过程的确切机制。
  作者主要探究了在拟南芥中的 5‘端悬挑 SSB 能突变的距离,以及哪些 DNA修复途径对插入形成至关重要。并通过突变实验分析了不同 DNA 修复路径的一系列关键角色是否需要串联复制形成。最后,测试了同源重组(HR)介导的、RAD54依赖的 DSB 的经典修复机制是否也参与了 HR 在植物中的 SSB 修复。
  作者通过分析得出,尽管在 250 bp 的距离内也能检测到 InDel 的形成,但效率大大降低。并惊奇的发现,经典的非同源末端连接(NHEJ)途径中的因子KU70 或 DNA 连接酶 4(LIG4)的缺失完全消除了串联重复的形成。微同源性介导的 NHEJ 因子 POLQ 仅用于 patch-like 插入,这在 DSB 修复中被认为是来自异位位点的模板插入。由于 SSB 也可以通过同源性修复,作者进一步探讨了经典同源重组途径是否参与了植物的这一过程,发现同源性介导的 SSB 修复并不需要RAD54,并指出植物中 DSB 和 SSB 诱导的同源重组有着不同的机制。
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