青年科学家曹晓风Nature子刊表观遗传学研究新进展

　　

生物通报道  近日来自中国科学院遗传与发育生物学研究所的研究人员在植物组蛋白H3K27me3去甲基化酶研究中取得重要进展，相关研究论文于2011年6 月5日在线发表在《自然遗传学》（Nature Genetics）杂志上。

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领导该项研究的曹晓风博士早年就读于北京大学生命科学学院。2002年曾入选中科院“****”，2003年获国家杰出青年基金，2006年在“****中期评估中获得优秀，2008年获得美国杜邦青年科学家奖，2011年获得“中国青年女科学奖”。现任中国科学院遗传发育所基因组生物学研究中心主任。其研究小组的主要科研方向为DNA及组蛋白甲基化和小分子RNA调控机理。

曹晓风实验室博士研究生陆发隆和副研究员崔霞为该论文的共同第一作者，该研究得到了科技部重大研究计划和国家自然科学基金委的资助。

PcG介导的组蛋白H3第27位赖氨酸上三甲基化（H3K27me3）在基因沉默和发育调控中起着至关重要的作用。小鼠胚胎干细胞中超过10%的基因受该种修饰调控，拟南芥中超过7,000个基因受该修饰调控。拟南芥中H3K27me3主要由CLF和SWN两个甲基转移酶催化，并招募LHP1结合以有效抑制基因表达。在哺乳动物中H3K27me3修饰是可逆的，而植物中并不存在哺乳动物中H3K27me3去甲基化酶KDM6的直系同源物。前人研究表明拟南芥中H3K27me3甲基化也是可以被主动去除的，揭示H3K27me3去甲基化的分子机制是植物表观遗传学研究中的一个重要科学问题。

曹晓风研究组对植物组蛋白去甲基化酶基因家族进行了系统鉴定和功能分析。该研究组首先建立了植物细胞内组蛋白去甲基化酶活性检测体系，通过该体系发现拟南芥REF6/JMJ12可以特异性地去除H3K27双甲基化和三甲基化修饰。过表达REF6的植物与H3K27me3功能异常突变体具有相似的表型。遗传学研究证明，clf swn对ref6表现上位效应，同时ref6可以部分回复clf的表型，表明REF6和H3K27me3甲基转移酶起着相互拮抗的作用。通过H3K27me3抗体进行染色质免疫共沉淀结合大规模测序分析鉴定了数百个基因H3K27me3水平上升，这些基因多数是REF6的靶基因，参与植物发育以及对各种刺激响应等多种生物学过程。转录组分析表明这些基因上H3K27me3水平上升与其转录抑制呈正相关。综上所述，REF6是在植物中首次发现的H3K27me3去甲基化酶。REF6在动物中的同源蛋白KDM4可以去甲基化H3K9me3，LHP1在动物中的同源蛋白HP1在体内结合H3K9me3。由于拟南芥中H3K9me3水平很低，因此REF6和LHP1可能在进化中获得了新的功能，参与到H3K27me3介导基因沉默的调控途径中。

这一研究工作填补了植物H3K27me3调控机制的一个重要空白，并表明该机制在高等动植物中是保守的，为进一步研究H3K27me3在植物生长发育及对环境响应过程中的作用奠定了基础。

（生物通：何嫱）

生物通推荐原文摘要：

Arabidopsis REF6 is a histone H3 lysine 27 demethylase
 
Polycomb group (PcG)-mediated histone H3 lysine 27 trimethylation (H3K27me3) has a key role in gene repression and developmental regulation1, 2, 3, 4. There is evidence that H3K27me3 is actively removed in plants5, 6, 7, 8, but it is not known how this occurs. Here we show that RELATIVE OF EARLY FLOWERING 6 (REF6), also known as Jumonji domain–containing protein 12 (JMJ12), specifically demethylates H3K27me3 and H3K27me2, whereas its metazoan counterparts, the KDM4 proteins, are H3K9 and H3K36 demethylases9, 10. Plants overexpressing REF6 resembled mutants defective in H3K27me3-mediated gene silencing. Genetic interaction tests indicated that REF6 acts downstream of H3K27me3 methyltransferases. Mutations in REF6 caused ectopic and increased H3K27me3 level and decreased mRNA expression of hundreds of genes involved in regulating developmental patterning and responses to various stimuli. Our work shows that plants and metazoans use conserved mechanisms to regulate H3K27me3 dynamics but use distinct subfamilies of enzymes.

作者简介：

曹晓风
研究员,植物基因组学国家重点实验室副主任、中科院遗传发育所基因组生物学研究中心主任

研究方向：DNA 及组蛋白甲基化和小分子RNA 调控机理

学习经历：
1984－1988 北京大学生物系 学士
1988－1991 中国农业大学生物学院 硕士
1993－1997 北京大学生命科学学院 博士

工作经历：
1991－1993 北京大学生命科学学院 助教
1993－1997 北京大学生命科学学院 讲师
1995－1996 英国John Innes Centre 访问学者
1997－1998 美国华盛顿州立大学生化研究所 博士后
1999－2003 美国加州大学洛杉矶分校 助理研究员
2003－今 中科院遗传与发育生物学研究所 研究员

获奖情况：
2011年“中国青年女科学奖”,2008年获得美国杜邦青年科学家奖 ,2006年“****”终期评估中获得优秀 ,2003年获国家杰出青年基金 ,2002年入选中科院“****”

主要研究领域：
拟南芥中的组蛋白甲基化与开花时间调控的分子机理研究
高等植物中small RNA的合成途径调控机理研究