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Science在线发表朱健康实验室在植物DNA去甲基化调控中的重要进展

6月15日,国际权威学术期刊Science在线发表了中科院上海植物逆境生物学研究中心、中科院上海生命科学研究院植物生理生态所朱健康课题组的研究论文“A Histone Acetyltransferase Regulates Active DNA Demethylation in Arabidopsis”。该研究揭示了编码一个组蛋白的乙酰化酶IDM1在植物去甲基化作用机制中的重要作用,是近年来表观遗传领域的一项重大突破。

DNA甲基化修饰是一种重要的表观遗传学标志,在基因表达、细胞分化和生长发育过程中均发挥着重要的调节作用,同时也是植物逆境响应的重要机制。DNA甲基化的水平主要有甲基化和去甲基化这两个方向来协同调控,目前在植物中对甲基化途经的研究已经比较清楚,但是对DNA去甲基化的调控机制仍然不是很明确。

2002年朱健康研究组通过遗传学的方法第一个克隆了植物体内的去甲基化酶ROS1,并提出在植物中DNA去甲基化是通过ROS1家族介导的碱基切除修复机制来实现的(Gong et al., Cell, 111: 803-814, 2002)。后续的研究证明DNA磷酸酶ZDP能和ROS1相互作用,并影响其中一部分ROS1调控位点的甲基化水平(Martínez-Macías & Qian et al., Molecular Cell, 45: 357-370, 2012)。但是通过对ros1功能缺失突变体的研究发现,ROS1只调控某些特殊位点的甲基化水平,而对全基因组的甲基化水平影响不大。所以,ROS1如何调控成为去甲基化领域一个很重要的问题。

该研究通过ros1突变体全基因组甲基化的分析和CHOP PCR分子标记的应用建立起一种新的突变体筛选方法,研究发现一个组蛋白的乙酰化酶IDM1对调控ROS1的去甲基化具有重要作用。IDM1是一个编码多个功能域的酶。这个蛋白能识别多个表观遗传学的标志,包括组蛋白的甲基化以及DNA的甲基化等,同时能对相应位点的组蛋白进行乙酰化,从而改变这个特定的区域的染色体的结构。ROS1本身或相互作用的蛋白就能够识别这种染色体结构的改变,接着对这个区域的DNA进行去甲基化。研究还表明很多ROS1的靶位点基因的表达也受去甲基化途经的调控。这一研究工作填补了植物去甲基化调控机制的一个重要空白,为进一步研究ROS1在植物生长发育及对环境响应过程中的作用奠定了基础。

朱健康院士是世界著名的植物生物学家,在逆境、表观遗传学领域做出了卓越贡献。2011年入选国家“千人计划”顶尖人才并回国筹建“中科院上海植物逆境生物学研究中心”。

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