朱健康院士PNAS發布表觀遺傳新成果

　　來自中國科學院上海植物逆境生物學研究中心、美國普渡大學的研究人員證實，在擬南芥雜交種中甲基化互作需要RNA介導的DNA甲基化（RdDM），并受到遺傳變異的影響。

　　中國科學院上海植物逆境生物學研究中心主任朱健康（Jian-Kang Zhu）是這篇論文的通訊作者。朱教授是植物抗逆生物學領域世界級領軍人物之一，其及其領導的實驗室在植物抗旱、抗鹽與耐低溫方面的研究碩果累累，是世界 植物學領域發表論文引用率最高的科學家之一。是首批“千人計劃”入選者，現為美國普渡大學生物化學系和園藝及園林系杰出教授，2010年當選為美國國家科 學院院士。

　　DNA甲基化作為存在植物和許多動物中的一種古老而保守的表觀遺傳修飾，參與了許多重要的生物學功能，包括轉座子沉默、基因組印記、發育過程中的轉錄因子調控和環境反應，及跨代表觀基因遺傳等。擬南芥雜交種的DNA甲基化組不同于雙親，但目前對于在雜交種中親代甲基化組的互作機制仍知之甚少。

　　RNA介導的DNA甲基化（RdDM）是植物從頭建立DNA甲基化的重要途徑。在許多的生物中都觀察到有非編碼RNA介導的轉錄基因沉默和異染色質 形成。人們認為，在所有的情況下，都是由小干擾RNAs (siRNAs)為催化抑制性表觀遺傳修飾的酶提供了靶向特異性。RdDM代表了植物中一個重要的RNA介導的表觀遺傳沉默信號通路，有人提出其至少經過 了兩個連續的步驟：24-nt siRNA生物合成及siRNA引導從頭甲基化。

　　在這篇新文章中，研究人員分析了擬南芥Col和C24生態型和它們的雜交后代的DNA甲基化組，發現雜交種整個基因組顯示普遍的、非疊加基因作用的 DNA甲基化改變（甲基化互作）。近2,500種甲基化互作發生在親代DNA甲基化水平相似的區域，而近1,000種甲基化互作發生在親代中差異性甲基化 的區域。他們證實甲基化互作是以RdDM信號通路已知元件：高水平的24-nt siRNA為特征。并且，RdDM信號通路功能異常會破壞F1代雜種中的甲基化互作，但不會影響在雜種后代中觀察到的生物量增加。且甲基化互作有著不同的 多態性頻率：相比于親代甲基化作用增加的區域高度保守，而甲基化作用減少的區域歧化。這些結果表明了RdDM是雜交種中DNA甲基化互作的必要條件。此 外，研究人員還證實甲基化互作與基因組內改變的遺傳變異有關聯，這表明它們有可能在基因組進化中發揮了作用。

　　DNA重新甲基化和主動去甲基化在控制植物全基因組DNA甲基化中發揮了重要的作用。在模式植物擬南芥中，DNA甲基化的建立主要依賴于RdDM信 號通路。DNA主動去甲基化則是由5-甲基胞嘧啶DNA糖基化酶的ROS1亞家族通過堿基切除修復途徑所介導。2015年，朱健康領導普渡大學和中國科學 院上海生命科學研究院的研究人員，發現了擬南芥中DNA甲基化和主動去甲基之間的調控鏈環。他們將研究結果發布在PNAS上。

　　2015年12月，朱健康課題組在擬南芥中揭示出了RdDM很大程度上是由從前未知的一類Dicer非依賴性非編碼RNA所引導，這類siRNAs是一部分位點維持DNA甲基化的必要條件。這一重要的研究發現發布在Cell Research雜志上。

　　2016年5月，北京生命科學研究所的何新建博士帶領的課題組證實，RdDM組件不僅參與DNA甲基化，而且參與了MORC6介導的異染色質凝聚。 這項研究說明了DNA甲基化如何與異染色質凝聚連接，從而增強甲基化基因組區域的轉錄沉默。研究論文發布在國際權威期刊《PLOS Genetics》上。