颠覆传统认知，表观遗传学之谜

　　

生物通报道  尽管大多数生物体都是利用基因组上的甲基标记来监控基因表达，淡水原生动物Oxytricha trifallax却利用这些标记踢走了垃圾DNA（95%的基因组序列）。这一研究发现驳斥了以往研究做出的通常携带四个细胞核的单细胞纤毛虫无甲基化DNA的结论。

论文的第一作者、普林斯顿大学的博士后研究人员John R. Bracht, 说“因为以前从未有过报道，发现这里存在甲基化作用真是令人感到惊讶。在上世纪八九十年代大量的研究试图寻找它但却并未能找到。有趣的是你会在人类发现完全相同的修饰。但它可能发挥了不同的作用。”

普林斯顿大学进化遗传学家、资深作者Laura Landweber 说Oxytricha具有特别奇特的生命周期，每个生物体都包含有两种类型的细胞核：一种生殖系微核中装着全部的基因组，但却是转录沉默的；转录活跃的巨核中仅包含5%的基因组。Oxytricha通常携带着四个细胞核，每种类型两个。

更为离奇的是这种生物体的交配方式。当一个细胞营养充足时，它将进行无性繁殖，不断地有新细胞出芽。但如果Oxytricha耗尽了食物，它就会通过与其他Oxytricha交换DNA来进行“交配”。这种行为不会产生后代。相反，细胞的两个微核通过减数分裂形成了八个单倍体核，与其他的protozoan进行两两交换。这种外源的单倍体核随后与剩余6个单倍体核中的一个融合成为二倍体，剩余的细胞核（包括两个巨核）被破坏。新的二倍体微核随后经有丝分裂生成新的巨核和微核。

一旦细胞恢复正常的细胞核数量（两个微核和两个巨核），它将向新巨核（负责生成所有细胞蛋白）下达指示，快速除去95%的遗传信息。Landweber 说：“在Oxytricha中，具有这一独特的基因调控特征。为了关闭一个基因，它不只是关闭它，而是扔掉它。但它是如何做到的确实是一个谜题。”

尽管从前的研究没有在Oxytricha基因组中发现任何的甲基化，Bracht预感它仍有可能存在并与DNA清除相关，这意味着时间是至关重要的。“我知道以往的报告，但我采用了更为敏感的技术，并在适当的时间进行了观察，”他说。

他将焦点放在了交配周期上，在它们获得新的细胞核后不久Bracht让细胞停下来。他用发光的甲基化特异性标记处理细胞，看到了两种细胞核类型闪光。他用质谱法追踪证实了甲基标记的定位，发现它们似乎只在最终被清除的垃圾DNA中。这一发现表明Oxytricha利用了甲基化来标记新核中它想排除的DNA

汉密尔顿学院纤毛虫研究人员Wei-Jen Chang 说：“这是一个里程碑，进一步地推动了该领域。”尽管他对于在这一基因组中存在甲基化作用感到的吃惊程度不及Bracht，但他表示有人能够弄明白真是太伟大了。

但现在还有许多的问题尚待解答，包括甲基标记是如何导致DNA从细胞核中清除的。此外，目前还不清楚Oxytricha首先是如何将甲基团添加到DNA上的。纤毛虫的基因组序列与编码甲基转移酶的基因缺乏任何明显的同源性。

Landweber说：“考虑到Oxytricha所利用的独特的遗传和生物学策略，我们要保持开放的心态，有可能是一种新的途径Oxytricha借助它来甲基化DNA。但是，我要谨慎地指出它并没有甲基转移酶。但还没发现，并不意味着它没有。”

Chang表示同意：“我猜我们错失了它，或是基因组计划没有找到这些片段或是由于某种原因没有检测到。但另一种的机制将是很有趣的。”

（生物通：何嫱）

生物通推荐原文摘要：

JR Bracht, DH Perlman and LF Landweber, “Cytosine methylation and hydroxymethylation mark DNA for elimination in Oxytricha trifallax,” Genome Biology, doi:10.1186/gb-2012-13-10-r100, 2012