Nature Commun | 湖南师范大学、中国农业大学等多家单位揭示植物DNA损伤修复调控新机制

基因组的完整性是细胞发挥功能和维持生存的核心基础，而极端的自然环境会对DNA造成严重的损伤。DNA双链断裂（DNA double-strand breaks, DSB）是最严重的损伤类型之一，会导致染色体异常、细胞癌变及死亡。同源重组修复（Homologous Recombination, HR）是最精确的损伤修复方式，根据修复机制的不同，又可分为合成依赖的链退火修复（synthesis-dependent strand-annealing, SDSA）和单链退火途径（single-strand annealing, SSA）。HR机制的研究具有重要的科学意义和潜在的应用价值，目前仍然有很多关键组分及调控机制有待被进一步的发现和阐明，如SDSA修复途径中调控DNA链退火过程的关键蛋白、HR相关蛋白发生液-液相分离的分子机制等。

针对这些问题，近日，湖南师范大学李东屏教授课题组联合中国农业大学/河北大学巩志忠教授课题组、遗传所赵玉胜研究员团队，在国际期刊Nature Communications在线发表了题为AtMCM10 facilitates SDSA-mediated intermolecular homologous recombination repair via liquid-liquid phase separation in DNA damage response的研究论文。

在该研究中，研究者发现拟南芥mcm10突变体对DNA损伤试剂（如Zebularine，MMC）及高盐胁迫处理表现出敏感的表型，细胞内会积累大量断裂的DNA，最终导致细胞死亡。细胞学观察发现，在响应DNA损伤胁迫时， AtMCM10蛋白会在损伤位点处发生液-液相分离，且单链DNA也会促进AtMCM10蛋白发生相分离。遗传分析表明，AtMCM10主要位于ATM通路的下游。研究者发现AtMCM10具有DNA链退火活性，可将单链DNA迅速退火成双链DNA。而在Atmcm10突变体中，由于退火过程无法快速进行，导致SDSA损伤修复途径在响应损伤胁迫时无法高效的完成。

该研究揭示了AtMCM10在HR修复过程中的功能：AtMCM10可感知损伤位点的单链DNA，并在单链DNA的作用下在损伤位点附近聚集并发生液-液相分离，之后AtMCM10通过其DNA链退火活性迅速将受损的一条DNA链与完好的同源DNA链退火成双链，以保证SDSA修复途径能精确迅速的完成。该研究首次鉴定并报道了SDSA修复途径中的关键DNA链退火蛋白，为基于 HR 修复机制的相关技术研发提供了新的基因资源；解析了单链DNA 与内在无序区（intrinsically disordered regions, IDRs）共同驱动 AtMCM10 在损伤位点发生液–液相分离的分子机制，拓展了对 HR 途径中损伤修复调控模式的理论认识。此外，该研究探究了高盐胁迫诱导的DNA 损伤修复的关键过程，为改良作物耐盐性提供了新的思路。

AtMCM10调控DNA损伤修复的工作模型

湖南师范大学博士后赵新杰与中国农业大学博士后张天任、已毕业博士金丹为该论文共同第一作者，中国农业大学/河北大学巩志忠教授、湖南师范大学李东屏教授、赵新杰及中国科学院遗传与发育生物学研究所赵玉胜研究员为本文共同通讯作者，中国农业大学博士生陈慧、博士后白栎及湖南师范大学研究生夏诗琪参与了该工作。中国农业大学郭岩教授对该研究提供了重要指导和技术支持。湖南师范大学田连福校聘副教授、青年讲师黄骊群及湖南文理学院郝小花副教授对该研究提供了指导和帮助。该工作得到了中国博士后科学基金面上项目、湖南省自然科学基金青年基金项目和湖南省教育厅优秀青年项目的资助。

论文链接：

https://doi.org/10.1038/s41467-025-66705-9