新生理学:发现DNA拓扑异构酶1在苔藓植物雄性生殖干细胞和精子成熟过程中的新功能

来源：华中农业大学2022-02-03 17:07

华中农业大学生命科学与技术学院陈春丽教授课题组发现，DNA拓扑异构酶1(TOP1)在苔藓植物雄性生殖干细胞和精子的发育中起重要作用，揭示了TOP1酶在植物生长发育中的新功能。相关研究成果在线发表在《新生理学》上。植物干细胞类似于动物干细胞。一方面，它保持和更新自己；另一方面，它分化成新的组织和器官。生殖干细胞是产生生殖器官和功能孢子的细胞基础。脱氧核糖核酸延伸

华中农业大学生命科学与技术学院陈春丽教授课题组发现，DNA拓扑异构酶1(TOP1)在苔藓植物雄性生殖和精子发育中起重要作用，揭示了TOP1酶在植物生长发育中的新功能。相关研究成果在线发表在《新生理学》上。

与动物相似，植物一方面保持自我更新，另一方面分化为新的组织和器官。生殖干细胞是产生生殖器官和功能孢子的细胞基础。1(DNA拓扑异构酶1 (TOP1)广泛存在于生物体内，主要通过催化DNA链的断裂和结合来维持DNA的拓扑状态，从而保证DNA复制、转录和重组的顺利进行。同时，具有分裂分化能力的干细胞具有活跃的DNA复制、转录等活性，需要大量TOP1酶参与释放DNA扭转应力。换句话说，TOP1酶在干细胞的形成、活性和功能中起着至关重要的作用。很难研究TOP1在动物中的作用，因为它们通常只携带一个TOP1基因。TOP1基因的破坏会导致严重的发育问题甚至死亡。

陈春丽的研究小组采用了具有两个TOP1基因(TOP1和TOP1)的进化发育模式植物——小立囊菌的实验系统来研究TOP1的功能。发现两个TOP1基因同时缺失，导致像其他生物一样死亡。TOP1基因缺失，男性生殖分裂、分化和精子成熟缺陷(图1)，说明生精细胞分裂减少或延迟，生精细胞向精母细胞分化不同步，精子成熟过程中染色质浓度不同步。最后，只产生少量活跃的精子。TOP1基因的缺失不影响植物的正常发育。

华中农业大学生命科学与技术学院陈春丽教授为论文通讯作者。研究生博士生顾楠(现为日本宇都宫大学博士后)是文章的第一作者。国家基础生物学研究所的Hasebe教授和宇都宫大学的Yosuke Yutian副教授也提供了指导，国家基础生物学研究所的Yukio Bitani博士为这项研究提供了一些技术支持。本项目得到国家自然科学基金、华中农业大学科技自主创新基金、国家留学基金委和国家高端涉外院校人才引进项目的资助。(100yiyao.com)

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