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责编 | 王一
基因组的完整性对于生物的生存至关重要。但基因组不断遭受外源 （如紫外线、电离辐射等） 和内源 （如活性氧、DNA复制错误等） 因素的伤害，产生多种类型的DNA损伤。其中，DNA双链断裂 （DSB） 是最严重的DNA损伤类型。生物主要通过非同源末端连接 （NHEJ） 和同源重组 （HR） 两种机制修复DSB。NHEJ是一种高效但是容易出错的修复机制，而HR是一种低效但是精确的修复机制。
DSB修复是基因编辑的生物学基础之一。CRISPR/Cas9等基因编辑技术可以在特定位点产生DSB。当这些DSB通过NHEJ被修复时，可以引入小片段DNA删除或插入，实现基因敲除；当它们通过HR被修复时可以实现大片段DNA插入或替换，实现基因敲入。目前，基因编辑技术的主要瓶颈之一是基因敲入效率低，不能满足基础研究和生物育种的需求。这其中最重要的原因之一是植物的NHEJ效率很高，但HR效率很低。因此，提高HR效率可能有助于提高基因敲入的效率。SOG1是一个植物特有的转录因子，被认为是动物p53的同功能蛋白。前人的研究表明，SOG1是HR所必需的，但SOG1如何调控HR的机制有待进一步研究。
2023年2月2日，华中农业大学严顺平/王利利团队在国际著名期刊New Phytologist发表了题为“The multi-BRCT domain protein DDRM2 promotes the recruitment of RAD51 to DNA damage sites to facilitate homologous recombination”的研究论文。该研究发现了植物调控HR的新基因DDRM2，并揭示了其作用机制。
在这项研究中，研究人员利用正向遗传学手段筛选拟南芥DNA损伤应答突变体 （DDRM） ，发现ddrm2突变体对DSB诱导试剂非常敏感。DDRM2编码一个含有4个BRCT结构域的蛋白，其生物学功能尚无报道。DDRM2在植物中高度保守，包括最早的陆生植物类群-苔藓植物，可能是植物特有的蛋白。进一步研究发现，SOG1能结合在DDRM2启动子上并促进DDRM2表达，表明DDRM2是SOG1的直接靶基因。在ddrm2突变体中，HR效率大大下降，表明DDRM2是HR所必需的。在机制上，DDRM2与同源重组酶RAD51相互作用，促进RAD51结合在DSB位点。遗传学分析表明DDRM2位于SOG1的下游，位于RAD51的上游。
图1. DDRM2促进同源重组修复。（a-d）DDRM2促进RAD51结合在DSB位点。（e-f）DDRM2与RAD51的遗传关系。（g）DDRM2的工作模型。
综上所述，该研究发现DDRM2是SOG1的新靶标，它通过招募RAD51正调控DSB修复，从而揭示了RAD51被招募到DSB位点的新机制。这不仅揭示了植物HR修复的新机制，也为利用HR修复机制提高基因打靶效率提供了新思路，具有重要的科学意义和潜在的应用价值。
值得一提的是，该团队最近报道了另一个植物特有的HR调控蛋白DDRM1 （点击查看： ) 。作为E3泛素连接酶，DDRM1能够在多个位点泛素化SOG1并提高SOG1的蛋白稳定性。因此，DDRM1、SOG1、DDRM2和RAD51组成了一个植物特有的HR调控模块。
博士研究生余晨为该论文的第一作者，严顺平教授和王利利研究员为共同通讯作者。该研究得到了国家自然科学基金和华中农业大学-中国农业科学院深圳农业基因组研究所合作基金等项目的资助。
论文链接：
https://nph.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/nph.18787
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