着丝粒是细胞分裂时微管附着的染色体区域。与具有一个着丝粒的单中心染色体不同,全新着丝粒的物种通常在整个染色单体上分布数百个着丝粒单位。由IPK莱布尼茨研究所领导的一个国际研究小组报告了一种新型全新中心粒组织的鉴定,这可能代表了单一到全新中心粒转变过程中进化上缺失的一环。在动物和植物中,全新中心染色体多次从x形单中心染色体独立进化而来,但着丝粒型转变背后的机制尚不清楚。国际研究小组组装了染色体尺度的参考基因组,并分析了日本百合的全新着丝粒组织。值得注意的是,全新着丝粒从端粒到端粒只有7到11个均匀间隔的超大粒大小的着丝粒单位。该植物的单个着丝粒单位大小与单中心植物相当,比其他全新中心植物大200倍。“如此少的着丝粒单位,但如此之大,尚未在任何动物或植物有机体中被证明”,该研究的第一作者郭义慈博士说。
均匀间隔的着丝粒单元可能是形成圆柱形中期染色体的先决条件。在有丝分裂的染色体凝聚过程中,染色质的环化和折叠使染色单体上的巨酶大小的着丝粒单元彼此靠近,形成一条线状的全新着丝粒,像单个着丝粒一样发挥作用。IPK“染色体结构与功能”研究小组负责人Andreas Houben教授解释说:“这使得染色体更加稳定和健壮,否则,它将在细胞分裂过程中被撕裂。”与所有已知的具有均匀混合eu-和异染色质的全新中心基因组不同,在粳稻中,两种表观遗传定义的染色质类型被组织成不同的结构域,就像在许多单中心物种中一样。因此,基因活性区和基因非活性区在空间上相互分离。
“这项研究拓宽了我们对着丝粒可塑性和多样性的认识,也证明了探索非模式物种进行进化比较的独特价值,甚至可以揭示像着丝粒这样研究得很好的结构的新颖性,”Yi-Tzu Kuo博士说。