研究結果發表在《自然植物》雜志上。
在細胞分裂過程中，被稱為著絲粒的特殊染色體區域被拉到細胞的兩端。細胞分裂完成，細胞核形成后，著絲粒在細胞核內呈空間分布。如果被拉向兩極的著絲粒的分布保持不變，那么細胞核中只有在細胞核的一側聚集著著絲粒。這種著絲粒的不均勻分布被稱為拉伯構型，以19世紀的細胞學家卡爾·拉伯命名。有些物種的細胞核呈現出著絲粒的分散分布，稱為非rabl構型。
通訊作者、東京大學前沿科學研究生院教授Sachihiro Matsunaga說:“幾個世紀以來，Rabl或非Rabl構型的生物功能和分子機制一直是一個謎。”“我們成功地揭示了構建非rabl構型的分子機制。”
研究人員研究了植物擬南芥(也被稱為thale cress)和一個已知具有非Rabl配置的標本，以及具有Rabl配置的突變形式。通過他們的工作，他們發現被稱為凝聚蛋白II (CII)的蛋白質復合體和被稱為核骨架和共骨架(LINC)復合體的蛋白質復合體共同作用，決定了細胞分裂過程中著絲粒的分布。
Matsunaga說:“非rabl構型的著絲粒分布是由CII- LINC復合體和一種稱為擁擠核(CRWN)的核層蛋白獨立調控的。”
研究人員發現的著絲粒分布兩步調節機制的第一步是CII-LINC復合體介導著絲粒從后期到末期的分散——細胞分裂結束的兩個階段。該過程的第二步是crwn穩定細胞核內核薄片上分散的著絲粒。
接下來，為了探索其生物學意義，研究人員分析了擬南芥及其rabl -結構突變體的基因表達。由于著絲粒空間排列的改變也會改變基因的空間排列，研究人員希望發現基因表達的差異，但這一假設被證明是不正確的。然而，當施加DNA損傷脅迫時，突變體的器官生長速度比正常植物慢。
Matsunaga說:“這表明對著絲粒空間排列的精確控制是器官生長對DNA損傷應激的響應所必需的，而非Rabl基因和Rabl基因的有機體對DNA損傷應激的耐受性沒有區別。”“這表明，無論Rabl構型如何，細胞核中DNA的適當空間排列對應激反應都很重要。”
根據Matsunaga的說法，下一步是確定改變特定DNA區域空間排列的能量源和識別特定DNA的機制。
他說:“這些發現將引導技術的發展，使細胞核中的DNA以適當的空間排列人為排列。”“預計這項技術將使創造抗應力生物成為可能，并通過改變DNA的空間排列而不是編輯其核苷酸序列賦予新的特性和功能。”