朱健康院士PNAS发布表观遗传新成果

　　

生物通报道  来自中国科学院上海植物逆境生物学研究中心、美国普渡大学的研究人员证实，在拟南芥杂交种中甲基化互作需要RNA介导的DNA甲基化（RdDM），并受到遗传变异的影响。

中国科学院上海植物逆境生物学研究中心主任朱健康（Jian-Kang Zhu）是这篇论文的通讯作者。朱教授是植物抗逆生物学领域世界级领军人物之一，其及其领导的实验室在植物抗旱、抗盐与耐低温方面的研究硕果累累，是世界植物学领域发表论文引用率最高的科学家之一。是首批“****”入选者，现为美国普渡大学生物化学系和园艺及园林系杰出教授，2010年当选为美国国家科学院院士。

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DNA甲基化作为存在植物和许多动物中的一种古老而保守的表观遗传修饰，参与了许多重要的生物学功能，包括转座子沉默、基因组印记、发育过程中的转录因子调控和环境反应，及跨代表观基因遗传等。拟南芥杂交种的DNA甲基化组不同于双亲，但目前对于在杂交种中亲代甲基化组的互作机制仍知之甚少。

RNA介导的DNA甲基化（RdDM）是植物从头建立DNA甲基化的重要途径。在许多的生物中都观察到有非编码RNA介导的转录基因沉默和异染色质形成。人们认为，在所有的情况下，都是由小干扰RNAs (siRNAs)为催化抑制性表观遗传修饰的酶提供了靶向特异性。RdDM代表了植物中一个重要的RNA介导的表观遗传沉默信号通路，有人提出其至少经过了两个连续的步骤：24-nt siRNA生物合成及siRNA引导从头甲基化。

在这篇新文章中，研究人员分析了拟南芥Col和C24生态型和它们的杂交后代的DNA甲基化组，发现杂交种整个基因组显示普遍的、非叠加基因作用的DNA甲基化改变（甲基化互作）。近2,500种甲基化互作发生在亲代DNA甲基化水平相似的区域，而近1,000种甲基化互作发生在亲代中差异性甲基化的区域。他们证实甲基化互作是以RdDM信号通路已知元件：高水平的24-nt siRNA为特征。并且，RdDM信号通路功能异常会破坏F1代杂种中的甲基化互作，但不会影响在杂种后代中观察到的生物量增加。且甲基化互作有着不同的多态性频率：相比于亲代甲基化作用增加的区域高度保守，而甲基化作用减少的区域歧化。这些结果表明了RdDM是杂交种中DNA甲基化互作的必要条件。此外，研究人员还证实甲基化互作与基因组内改变的遗传变异有关联，这表明它们有可能在基因组进化中发挥了作用。

DNA重新甲基化和主动去甲基化在控制植物全基因组DNA甲基化中发挥了重要的作用。在模式植物拟南芥中，DNA甲基化的建立主要依赖于RdDM信号通路。DNA主动去甲基化则是由5-甲基胞嘧啶DNA糖基化酶的ROS1亚家族通过碱基切除修复途径所介导。2015年，朱健康领导普渡大学和中国科学院上海生命科学研究院的研究人员，发现了拟南芥中DNA甲基化和主动去甲基之间的调控链环。他们将研究结果发布在PNAS上（著名学者朱健康发表PNAS表观遗传新文章）。

2015年12月，朱健康课题组在拟南芥中揭示出了RdDM很大程度上是由从前未知的一类Dicer非依赖性非编码RNA所引导，这类siRNAs是一部分位点维持DNA甲基化的必要条件。这一重要的研究发现发布在Cell Research杂志上（朱健康院士Cell Research发布表观遗传新发现 ）。

2016年5月，北京生命科学研究所的何新建博士带领的课题组证实，RdDM组件不仅参与DNA甲基化，而且参与了MORC6介导的异染色质凝聚。这项研究说明了DNA甲基化如何与异染色质凝聚连接，从而增强甲基化基因组区域的转录沉默。研究论文发布在国际权威期刊《PLOS Genetics》上（NIBS何新建连发Plant Cell、PLOS Genetics ）。

（生物通：何嫱）

生物通推荐原文摘要：

Methylation interactions in Arabidopsis hybrids require RNA-directed DNA methylation and are influenced by genetic variation

DNA methylation is a conserved epigenetic mark in plants and many animals. How parental alleles interact in progeny to influence the epigenome is poorly understood. We analyzed the DNA methylomes of Arabidopsis Col and C24 ecotypes, and their hybrid progeny. Hybrids displayed nonadditive DNA methylation levels, termed methylation interactions, throughout the genome. Approximately 2,500 methylation interactions occurred at regions where parental DNA methylation levels are similar, whereas almost 1,000 were at differentially methylated regions in parents. Methylation interactions were characterized by an abundance of 24-nt small interfering RNAs. Furthermore, dysfunction of the RNA-directed DNA methylation pathway abolished methylation interactions but did not affect the increased biomass observed in hybrid progeny. Methylation interactions correlated with altered genetic variation within the genome, suggesting that they may play a role in genome evolution.

作者简介：

朱健康

顶尖****/研究员，中科院上海植物逆境生物学研究中心主任、研究组长、博士生导师

1983-1987, 中国, 北京农业大学 土壤农业化学 获学士学位；1987-1990, 美国, 加州大学河滨分校 植物学 获硕士学位；1990-1993, 美国, 普度大学 植物生理学 获博士学位；1994.6 美国, 洛克菲勒大学 分子生物学 博士后；1995-1996, 美国, 奥本大学植物与微生物学系 助理教授；1996-1998, 美国, 亚利桑那大学植物科学系 助理教授；1999-2000, 美国, 亚利桑那大学植物科学系 副教授；2000-2003, 美国, 亚利桑那大学植物科学系 教授；2004-2006, 美国, 加州大学河滨分校植物学与植物科学系 特聘教授, 研究所所长；2007-2010, 美国, 加州大学河滨分校植物学与植物科学系 Jane Johnson讲座教授；2009.07-2011.06, 沙特, KAUST大学植物逆境基因组中心 主任；2010-至今, 美国, 普度大学生物化学与园艺及园林系 杰出教授；2011.7-至今，中科院上海生命科学研究院 研究员 顶尖****

研究方向： 1）渗透胁迫的感应和信号传导，2）低温胁迫的感应和信号传导，3）耐盐和耐氧化的机制，4）RNA介导的DNA甲基化，5）DNA去甲基化及其调控

获奖及荣誉： 2011年 入选中央“顶尖****”；2010年 入选美国科学院院士；2008年 被Thomson Reuters 评为1997-2007年度美国引用率最高的植物学科学家；2005年 获普度大学农学杰出校友奖；2004年 美国科学促进会会员；2003年 美国植物生物学家学会Charles Albert Shull奖；2002年 亚利桑那大学农业和生命科学学院年度科学家