植物著絲粒含有大量的重復序列和反轉座子，結構復雜并受表觀遺傳學調控。中國科學院遺傳與發育生物學研究所韓方普研究組長期從事植物著絲粒的表觀遺傳學研究，曾在植物中首次發現著絲粒的失活現象并初步分析失活著絲粒的調控機制可能與DNA甲基化狀態相關。由于著絲粒的特殊表觀遺傳學調控機制，植物著絲粒的DNA序列暫不能直接用于植物人工染色體的構建，這也是植物人工染色體構建方法不同于人類等人工染色體的策略。為了更好地研究植物著絲粒的結構與功能，需要揭示著絲粒是如何形成的？著絲粒功能分子標記如CENH3和CENPC是如何組裝到著絲粒區和新著絲粒區？組蛋白磷酸化的信號是如何起始的并保證染色體正確形成取向且正確分離？玉米同源染色體配對起始為什么發生在有活性的著絲粒區（Zhang J et al. Plant Cell, 2013）？

在植物新著絲粒形成方面，韓方普研究組取得了系列重要進展。利用玉米3號染色體特殊材料，他們發現來自3號染色體的片段丟失了玉米著絲粒的重復序列（CentC和CRM）但可以穩定遺傳，同時具有著絲粒功能分子標記如CENH3和CENPC以及組蛋白磷酸化的信號。CENH3-ChIP-Seq分析結果表明玉米3號染色體長臂上一段常染色質區域（區域大小為350kb）參與并形成了新的功能著絲粒（Fu et al. PNAS, 2013）。另一方面，該研究組利用玉米第9號染色體的變異材料，發現玉米9號染色體短臂的一段723kb的基因組序列參與著絲粒的形成，DNA甲基化分析發現這段與CENH3緊密結合的序列在原初的染色體臂上已經達到著絲粒區的DNA甲基化水平，形成新的著絲粒后其DNA甲基化水平沒有明顯變化 (Zhang B et al. Plant Cell, 2013)。

最近該研究組利用玉米遺傳學家早年創制的A-B染色體相互易位系，利用特殊的遺傳學表現標記結合染色體功能觀察，通過CENH3-ChIP-seq數據分析，發現著絲粒錯分裂后代中，大量染色體片段可以傳遞是因為利用基因組中非著絲粒區域的序列重新形成功能著絲粒。在一個材料中發現新形成的著絲粒，包含較小的CENH3 binding domain為288kb，來自9號染色體短臂端部。在自交后代中，發現新形成的288kb著絲粒區失去活性而被另一位置上形成的包含200kb CENH3結合區的新著絲粒代替。該研究組正在通過著絲粒不分離、錯分裂及花粉輻射等方法詳細研究著絲粒的形成機制，以及核小體組裝與著絲粒形成過程中的調控機制。

該研究部分結果于3月2在線發表于PNAS（doi: 10.1073/pnas.1418248112），韓方普研究組博士生劉亞林和蘇漢東為本文的共同第一作者。該項工作得到國家自然科學基金委重點項目和中科院國際合作項目支持。