拟南芥联会复合体中心元件SCEP3通过连接联会起始与交叉形成调控减数分裂重组

本研究揭示了拟南芥联会复合体(SC)中心元件SCEP3的双重功能：作为结构组分促进SC组装，同时作为联会起始因子与重组中间体结合。研究人员通过多学科方法证实SCEP3独立于其他中心元件蛋白加载，与ZYP1直接互作，并与HEI10标记的重组位点共定位。该发现阐明了SCEP3在连接SC组装与交叉(CO)形成中的核心作用，为理解减数分裂中染色体配对、联会和重组调控的分子机制提供了新视角。

　　

在生命延续的奥秘中，减数分裂扮演着至关重要的角色。这一特殊形式的细胞分裂不仅保证了遗传多样性，还维持了染色体数目的稳定。然而，同源染色体如何精确配对、联会并形成交叉(CO)这一系列精妙过程，始终是科学家们探索的焦点。联会复合体(SC)作为减数分裂前期I出现的特殊结构，在调控这些事件中发挥着核心作用。尽管SC的三层结构在物种间高度保守，但其组装机制与重组调控的关系仍存在诸多未解之谜。特别是在植物中，SC对CO形成的影响存在物种差异，拟南芥中SC缺失仍能形成CO，而大麦等作物则完全依赖SC。这种差异背后的分子机制亟待阐明。

中国科学院植物研究所的研究团队通过系统研究，在《Nature Plants》发表了关于拟南芥SC中心元件蛋白SCEP3的重要发现。这项研究不仅鉴定出一个新的SC结构组分，更揭示了其连接SC组装与CO形成的双重功能，为理解减数分裂调控网络提供了关键线索。

研究团队采用了多学科交叉的研究策略。通过TurboID邻近蛋白质组学技术筛选到候选蛋白SCEP3，利用CRISPR-Cas9构建突变体进行表型分析。细胞生物学方法包括染色体铺片、免疫荧光和超分辨率显微技术(3D-SIM和STED)用于观察减数分裂进程和蛋白质定位。酵母双杂交(Y2H)和AlphaFold结构预测解析蛋白质互作网络，全基因组测序分析CO频率和分布。此外，还构建了多种双突变体进行遗传分析。

<结果部分保留原文小标题>

SCEP3 is required for synapsis and obligate CO formation
研究发现scep3突变体表现出典型的减数分裂缺陷：虽然染色体能够配对但无法完成联会，约50%的细胞出现1-3对单价体，导致染色体不均等分离。通过3D-SIM精确测量发现，突变体中配对染色体间距(352±87.5 nm)显著大于野生型(188±21.6 nm)，表明SCEP3缺失导致染色体配对间距增大且变异性增强。值得注意的是，雌雄突变体都表现出交叉保证(obligate CO)丧失，最小交叉数降至野生型的70-75%。

SCEP3 is found at the CR of the SC
免疫定位显示SCEP3从偶线期开始形成焦点，随着减数分裂进程逐渐聚合成连续线性信号，与ZYP1完全共定位。超分辨率显微技术揭示SCEP3位于SC中心区域(CR)：在REC8标记的轴(间距188 nm)和ASY4标记的轴(间距176 nm)之间，ZYP1形成两条平行线，而SCEP3精确位于这两条线之间。STED显微镜进一步确认SCEP3-N和SCEP3-C都位于ZYP1-C线条的中央位置，符合中心元件(CE)蛋白的特征。

SCEP3 is crucial for SC assembly and loads independently of the SC
遗传分析表明SCEP3是SC组装的必要条件：在scep3中，ZYP1、SCEP1和SCEP2都无法正常定位，ASY1也不能从联会区域清除。相反，在zyp1、scep1和scep2突变体中，SCEP3仍能独立加载，表明其定位不依赖其他CR组分或SC形成。特别值得注意的是，在scep1和scep2中，SCEP3能招募ZYP1形成局部联会，但不足以引导SCEP1/2定位，提示SC可能由至少两个亚结构域组成：SCEP3-ZYP1和SCEP1-SCEP2。

SCEP3 and its interaction with ZYP1 are conserved in plants
酵母双杂交实验证实SCEP3与ZYP1直接互作：ZYP1的N端(氨基酸49-400)与SCEP3的C端α螺旋结构域(氨基酸734-803)负责这一相互作用。AlphaFold3预测结果与实验数据高度一致。进化分析显示SCEP3在绿色植物中高度保守，但与SCEP1/2不同，在低等植物如地钱中缺失。重要的是，大麦SCEP3与ZYP1的同源蛋白也表现出保守的相互作用，暗示这一机制在植物界具有普遍性。

SCEP3 promotes a subset of COs upon impaired SC formation
通过yH2AX焦点计数证实scep3中DNA双链断裂(DSB)数量与野生型相当，排除了DSB减少导致交叉数下降的可能性。HEI10焦点分析显示scep3中早期HEI10定位不受影响，但scep3 zyp1双突变体的HEI10焦点数(10.03±2.80)显著低于zyp1单突变体(13.18±3.28)，表明SCEP3是zyp1中额外HEI10依赖性CO所必需的。遗传分析进一步证实，SCEP3在SC缺失背景下促进特定类型CO的形成。

SCEP3 associates with HEI10 even independent of SC formation
共定位分析揭示在野生型中，78%的HEI10焦点与SCEP3共定位，72%的SCEP3焦点与HEI10重叠。即使在zyp1、scep1和scep2等SC缺陷突变体中，这种关联仍然保持(75-79%)。值得注意的是，在spo11和mtopVIB等DSB形成缺陷突变体中，SCEP3和HEI10仍能形成聚集体或短片段，表明它们的表达和互作不依赖于减数分裂重组。然而，酵母双杂交未能检测到SCEP3与HEI10或其他ZMM蛋白的直接互作。

SCEP3 is involved in both class I and class II CO formation
通过构建系列双突变体，研究发现SCEP3参与两类CO的调控：在msh5、hei10和mlh3等I类CO缺陷突变体中，SCEP3缺失进一步减少交叉和二价体数目；在mus81突变背景下，SCEP3也影响部分II类CO形成。这表明虽然scep3中大部分CO(约83%)属于ZMM依赖的I类，但仍有约17%属于II类途径，且SCEP3对两类CO都有调控作用。

Heterochiasmy and CO interference are abolished in scep3
全基因组CO分析揭示scep3中CO数量显著增加(雄性增加25%，雌性增加105%)，性别间CO率差异(heterochiasmy)完全消失。CO分布向染色体臂端粒区域偏移，着丝粒周围区域减少。重要的是，scep3中CO干涉现象完全丧失，表现为相邻CO间距的随机分布。这些表型与其他CR突变体(zyp1、scep1)相似，但scep3的CO总数低于这些突变体，反映了SCEP3功能的独特性。

这项研究系统阐明了SCEP3在减数分裂中的双重角色：作为SC的中心元件促进联会组装，同时作为分子桥梁连接重组与联会过程。SCEP3的发现完善了植物SC的组成模型，其独立加载特性与动物和酵母中的CE蛋白形成有趣对比。研究揭示的SCEP3-HEI10关联为理解CO调控提供了新视角，特别是SC如何通过HEI10凝聚体形成实现CO干涉的现象。这些发现不仅深化了对减数分裂基础机制的认识，也为作物遗传改良提供了潜在靶点。该研究凸显了植物减数分裂调控的特异性，为比较生物学研究提供了重要线索。