減數分裂是真核生物有性生殖所必需的生命過程，其經過同源染色體重組，非同源染色體自由組合和兩次分裂最終形成單倍體配子，即保證了遺傳物質的相對穩定，又增加了個體間的差異，使物種得以繁衍和進化。減數分裂與農作物育性和產量，以及人類生殖健康息息相關。
染色體由相對鬆散的常染色質和高度濃縮的異染色質組成。相對於常染色質基因相對富集，而異染色質區域重複序列和轉座子相對富集。減數分裂中，常染色質區域是重組的發生熱區，而異染色質則是重組發生的冷區。此外，正常異染色質的形成對抑製轉座子的活性，維持基因組的穩定性和保證染色體正確分離至關重要。目前，在有絲分裂過程中異染色質形成和濃縮的機製已有一定認知，而在減數分裂中僅了解到異染色質區域抑製重組的發生和對早期同源染色體配對有促進作用，其染色質的動態變化和功能性質都有別於有絲分裂過程，但減數分裂中異染色質的形成和濃縮機製尚不清楚。
2022年10月17日，狗万外围充值 王應祥團隊在PNAS在線發表了題為“DNA Polymerase Epsilon Binds Histone H3.1-H4 and Recruits MORC1 to Mediate Meiotic Heterochromatin Condensation” 的研究論文。該研究揭示了植物減數分裂過程中 DNA聚合酶epsilon（POL ε）特異識別組蛋白二聚體H3.1-H4並招募MORC1蛋白控製異染色質形成的分子機製。
課題組前期研究發現DNA前導鏈合成酶POL ε的最大亞基POL2A在減數分裂重組中具有重要功能（Huang et al., PNAS, 2015），但是其潛在的分子機製還不清楚。最近的研究已經揭示了POL2A在常染色質的重組熱區，通過招募SUVH2/9抑製基因轉錄的分子機製（Wang et al., PNAS, 2022）。有趣的是，該基因突變也影響了減數分裂中異染色質的正常濃縮。在該研究中，研究者運用細胞學分子標記證明pol2a突變體中異染色質結構和修飾異常；為了探究作為DNA複製因子的POL2A如何調控異染色質結構，研究者通過互作篩選發現POL2A的N端可以和濃縮蛋白ATPase MORC1相互作用，並共同影響減數分裂異染色質結構和修飾，暗示了它們可能處於同一遺傳通路中；同時研究者還發現減數分裂時期MORC1在染色體上的定位依賴於POL2A，暗示POL2A在減數分裂時期負責招募MORC1到異染色質參與濃縮過程。
而作為 DNA聚合酶，POL ε又是如何招募MORC1到異染色質區？研究者進一步研究發現POL2A的C端鋅指（ZF）結構域可以特異地結合組蛋白H3.1-H4的四聚體，並且在不同物種中保守。之前的研究發現組蛋白變體H3.1通常在異染色質富集，對於異染色質形成和修飾都至關重要，並且其特異的在DNA複製時期通過CAF1複合體裝載到染色體上。研究者通過轉基因遺傳分析顯示POL2A的ZF結構域對於異染色質結構和H3.1的定位都至關重要；並且有意思的是組蛋白變體H3.1上的兩個特殊氨基酸A31和S87突變會影響和POL2A-ZF的互作，並且也會影響自身在植物體內定位。這些結果暗示了POL2A通過特異識別H3.1-H4，可能直接參與到DNA複製偶聯的H3.1核小體組裝中並定位到異染色質區。
圖1. POL ε調控減數分裂異染色質形成模型
綜上所述，該研究揭示了多麵手DNA聚合酶POLε參與減數分裂異染色質形成的分子機製，證明其參與DNA合成的同時，可能通過催化亞基POL2A的C端識別並參與組裝組蛋白H3.1-H4形成核小體；複製完成後POL2A通過結合H3.1-H4繼續停留在異染色質區並通過N端招募濃縮複合體MORC1/6，最終促進減數分裂高度濃縮的異染色質形成（圖1）。由於POL ε在不同生物中高度保守，研究者推測該研究發現的其在減數分裂中的作用機製在真核生物中相對保守。
最後，值得一提的是王應祥團隊在PNAS發表的兩篇文章比較全麵地揭示了DNA聚合酶POLε在染色體複製後進入減數分裂，其分別結合在減數分裂常染色質和異染色質區域的新功能。万博英超狼队网官方网 博士後王聰為兩篇文章的第一作者，北卡羅來納大學教堂山分校博士後/華南農業大學教授黃霽月為本篇論文的並列第一作者，狗万外围充值 /華南農業大學/嶺南現代農業生物與技術廣東省實驗室王應祥教授，美國北卡羅來納大學教堂山分校Gregory Copenhaver和美國賓夕法尼亞大學生物係馬紅教授為共同通訊作者。狗万外围充值 董愛武教授和中國科學院大學/中國科學院遺傳與發育生物學研究所薑丹華研究員提供了指導和幫助，狗万外围充值 研究生李穎平、張俊、何承鵬和李天楊也參與了該項工作。相關工作得到了國家自然科學基金委、狗万外围充值 、中國博士後基金和北卡羅萊納大學的資助。
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https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2213540119