图3 转基因CENH3点突变体的转化和杂交示意图(Kuppu et al., 2015)。
图4 转基因两步法与非转基因一步法单倍体诱导系的示意图(Kuppu et al., 2015)。左侧表示转基因两步法,CENH3敲除可由CRISPR/Cas9生成或从EMS诱变群体中挑选,并用修饰过的CENH3互补。右侧为非转基因一步法,功能点突变体可通过TILLING或从自然变异中挑选出来,并直接用作单倍体诱导系。中间显示了每种方法的预估生成时间。
研究进展三
2020年2月24日,Britt教授团队在Plant Biotechnology Journal杂志上发表了题为“A variety of changes, including CRISPR/Cas9 mediated deletions, in CENH3 lead to haploid induction on outcrossing”的研究论文。该研究从拟南芥EMS诱变后代中鉴定了另外31个单个氨基酸替换的CENH3等位基因,将其导入cenh3敲除突变体,可以补偿内源CENH3的敲除效应,转基因植株接受野生型花粉后能够诱导单倍体的产生。并且,利用CRISPR/Cas9编辑技术获得了保守的CENH3组蛋白折叠结构域中αN螺旋的移码突变类型,该类型为优良的单倍体诱导系,用野生型花粉授粉时诱导系生长和发育正常。这些发现为作物育种者培育单倍体诱导系,提供了更多的选择。
图5 拟南芥具有突变位点的CENH3结构预测(Kuppu et al., 2020)。(a)AtCENH3预测的结构与核小体3av1(一种携带组蛋白3.2的人类核小体)(Tachiwana et al., 2011)对齐。(b)AtCENH3带有指示突变位置的侧链:蓝色=单倍体诱导物,红色=非诱导物,绿色=致死。(c)alphaN螺旋(TVALKEIRHFQK)和N端尾区(SQKKSYRYRPG)的紧邻11个氨基酸的静电荷显示为空间填充模型。蓝色表示带正电,红色表示带负电。
研究进展四
2021年11月19日,Luca Comai教授团队在Science Advances杂志上发表了题为“Epigenetically mismatched parental centromeres trigger genome elimination in hybrids”的研究论文。该团队在论文中提出了一个CENH3介导的单倍体诱导模型(图6):在成熟的母细胞中,CENH3变体会被选择性地从染色质中去除,但野生型中的CENH3不受影响;杂交后,CENH3弱化的母本着丝粒会与父本野生型着丝粒竞争加载CENH3;由于协同结合效应,CENH3会优先加载在野生型亲本的着丝粒上;在随后的有丝分裂过程中,单倍体诱导系的染色体由于其弱着丝粒而不能正常分离;其中,VIM1介导的泛素化或甲基化可以影响CENH3的稳定性,并且VIM1有利于CENH3的加载。