南湖新闻网讯（通讯员 王轩鹏）所有生物都需要把正确的遗传信息（DNA）传递给下一代，但是DNA 不断地受到各种内源和外源因素的损伤。为了维持基因组稳定性，生物进化出复杂而精细的DNA损伤应答机制。在所有DNA损伤类型中，DNA双链断裂是最严重的DNA损伤形式。同源重组修复（HR）是精准修复DNA双链断裂的主要机制，也是利用基因组编辑工具进行基因打靶的基础。
与动物的研究相比，植物调控同源重组修复的机制尚不清楚。转录因子SOG1是植物DNA损伤应答的核心蛋白之一，被认为是动物p53的同功能蛋白。p53是被研究最多的蛋白，也是最重要的抑癌蛋白。与p53相比，人们对SOG1还知之甚少。
在本研究中，研究者发现，突变E3泛素连接酶DDRM1导致拟南芥对DNA双链断裂诱导试剂喜树碱极其敏感。DDRM1含有BRCT和RING结构域，是高度保守的植物特有蛋白，其生物学功能尚无报道。进一步研究发现，DDRM1能够单泛素化SOG1并提高SOG1的蛋白稳定性。在ddrm1突变体中，同源重组效率都大大下降，表明DDRM1是同源重组所必需的。该研究不仅揭示了植物调控同源重组修复的新机制，也为利用同源重组修复机制提高植物基因打靶效率提供了新思路。同时，该研究还首次揭示了植物调控SOG1蛋白稳定性的机制，具有重要的科学意义。相关结果以“A plant-specific module for homologous recombination repair”为题发表在国际学术期刊PNAS。
图1. DDRM1是同源重组修复所必需的。A和B，同源重组报告系统的示意图。C和D，GUS染色结果。蓝色信号表示同源重组事件。E和F，同源重组效率的统计图。G，DDRM1作用机理示意图。
生命科学技术学院严顺平教授为本文通讯作者，博士后王轩鹏为本文第一作者。该研究受到国家自然科学基金、华中农业大学自主科技创新基金、生命科学技术学院龙云计划和百川计划的资助。
据悉，严顺平教授团队成立于2014年，在植物DNA损伤应答领域取得了多项创新性成果，相关成果以通讯作者身份发表在Nature Plants、Nucleic Acids Research、PNAS(2篇)、Plant Cell等国际期刊。
【英文摘要】
Homologous recombination repair (HR) is an error-free DNA damage repair pathway to maintain genome stability and a basis of gene targeting using genome-editing tools. However, the mechanisms of HR in plants are still poorly understood. Through genetic screens for DNA Damage Response Mutants (DDRM) in Arabidopsis, we find that a plant-specific ubiquitin E3 ligase DDRM1 is required for HR. DDRM1 contains an N-terminal BRCT (BRCA1 C-terminal) domain and a C-terminal RING (Really Interesting New Gene) domain and is highly conserved in plants including mosses. The ddrm1 mutant is defective in HR and thus is hypersensitive to DNA-damaging reagents. Biochemical studies reveal that DDRM1 interacts with and ubiquitinates the transcription factor SOG1, a plant-specific master regulator of DNA damage responses. Interestingly, DDRM1-mediated ubiquitination promotes the stability of SOG1. Consistently, genetic data support that SOG1 functions downstream of DDRM1. Our study reveals that DDRM1-SOG1 is a plant-specific module for HR and highlights the importance of ubiquitination in HR.
原文链接：https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2202970119
审核：严顺平
