【前沿进展】JMCB | 减数分裂温度耐受的分子调控机制

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动物、植物和微生物中进行有性繁殖的生物需要通过减数分裂来产生单倍体配子。在这些物种中，减数分裂只能在特定的温度范围内发生，过高或过低的温度都会导致减数分裂发生异常。然而，生物体调控减数分裂温度耐受的分子机制仍未清楚。

减数分裂在一些物种中的适宜温度范围

（蓝色区域）【1】

在减数分裂前期，来自父本和母本的同源染色体要完成配对和联会，这种联会作用是通过在同源染色体之间组装形成一种巨大的蛋白质复合体来实现的，这一复合体被称为联会复合体（synaptonemal complex）。联会复合体可调控同源染色体之间的重组和交叉形成（crossover formation）。在哺乳动物、果蝇和线虫等生物中，联会复合体的正常组装对于交叉的形成是必需的；而在其他一些物种中，联会复合体对交叉形成虽不是必需的，但能调控交叉形成的数量和在染色体上的分布。

真菌、果蝇、线虫及小鼠中

联会复合体的电子显微照片【2】

减数分裂交叉的形成具有多重作用，一方面使得同源染色体间发生遗传物质的交换，促进了生物体后代的多样性；另一方面则促进减数分裂染色体精确分离。交叉的形成使得同源染色体在联会复合体解聚后仍保持紧密联系，在第一次减数分裂中期正确地排列到赤道板上，保证了同源染色体和姐妹染色单体在两个循环的分离过程中有序而精确地分配。因此，对交叉形成的精细调控是减数分裂正常进行的关键因素。

近日，来自山东师范大学的高金珉课题组在Journal of Molecular Cell Biology (JMCB) 在线发表了题为“SYP-5 regulates meiotic thermotolerance in Caenorhabditis elegans”的研究成果，揭示了联会复合体组分是调控减数分裂温度耐受的关键分子。

高金珉课题组在前期工作中发现了线虫联会复合体的新组分SYP-5和SYP-6，围绕这些组分的研究揭示了联会复合体组装和动态调控的机制【3】。这些发现和其他课题组早期的研究结果表明，联会复合体在线虫和其他多个物种中具有相变属性，且这种相变属性对交叉形成的调控可能具有重要作用【3-5】。

野生型线虫可在12-26°C的温度范围内进行正常的减数分裂和繁殖。在这项研究工作中，作者们首先发现缺失了联会复合体组分SYP-5的突变体线虫虽在正常的培养温度下（20°C）具有较高的后代存活率（80%），但在高温条件下（25°C）后代存活率显著降低（20%）。作者采用细胞生物学手段对一系列减数分裂事件进行分析，发现高温对联会复合体的组装及解聚、同源重组进程并没有明显影响，但扰乱了交叉形成的调控，并导致减数分裂染色体分离异常。联会复合体聚集体形成实验和己二醇敏感性分析结果表明，SYP-5的缺失影响了联会复合体的正常属性，这一属性的改变导致联会复合体在高温条件下不能实现对交叉形成的精细调控，引起减数分裂异常。

SYP-5缺失影响减数分裂温度耐受的模式图

图注：CO, Crossover

参考文献：

1. Meiosis evolves: adaptation to external and internal environments. New Phytol. 208 (2015).

2. Zipping and Unzipping: Protein Modifications Regulating Synaptonemal Complex Dynamics. Trends Genet. 34 (2018).

3. Multivalent weak interactions between assembly units drive synaptonemal complex formation. J. Cell Biol. 219 (2020).

4. The synaptonemal complex has liquid crystalline properties and spatially regulates meiotic recombination factors. Elife 6 (2017).

5. A compartmentalized signaling network mediates crossover control in meiosis. Elife 7 (2018).