武大陈实首次揭示细菌表观遗传修饰的协同与互作

生物360 · 公众号 · 医学 · 2017-06-03 07:59

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国际著名综合期刊《美国科学院院刊》（PNAS）近日在线发表了药学院陈实教授课题组在微生物表观遗传学领域的最新研究成果，首次揭示了两种截然不同的表观遗传修饰 ---DNA 磷硫酰化修饰（简称硫修饰）和甲基化修饰在微生物细胞中的协同进化与互作。

论文题为 Convergence of DNA methylation and phosphorothioation epigenetics in bacterial genomes（《细菌基因组上 DNA 甲基化和磷硫酰化表观遗传修饰的汇聚》）。博士生陈超为第一作者，陈实为通讯作者。该研究获得国家自然科学基金和“973”计划等项目资助。

据介绍，除 DNA 甲基化之外，细菌 DNA 的硫修饰也是细菌抵御外源限制性所装备的另一套全新的细胞防卫机制，然而彼此所防御的限制性是完全独立的。它们都能增强细菌抵抗外源 DNA 入侵的能力，但 DNA 甲基化修饰发生在碱基上，而 DNA 硫修饰则发生在 DNA 骨架上。两者具有截然不同的基因组成、修饰特征，此前的研究中尚未发现它们存在相互影响。

该研究从探索甲基化与硫修饰的共享位点入手，结合体外实验清晰证实这两种截然不同的表观遗传修饰系统之间的协同与关联性，彼此既可以共享相同的 DNA 核心序列，产生硫修饰 - 甲基化的杂合双修饰，又彼此干扰或互相帮助。如果 DNA 先发生磷硫酰化修饰，则后续甲基化修饰的效率会受到显著抑制；反之，甲基化修饰能够替代 DNA 硫修饰行使相应的保护或防御功能。

细菌为抵御噬菌体或外源 DNA 的入侵常进化产生像 CRISPR-Cas、毒素 - 抗毒素等多种免疫防御系统，限制 - 修饰是最为广泛应用的防御系统。该研究所展示的 DNA 硫修饰与甲基化修饰之间复杂又合作的相互关系，展现出微生物表观遗传和免疫防御体系的崭新一面，证明细菌不同限制 - 修饰系统之间为了相互适应而共同进化的本质，可能构成生命体更强劲的生命力，是微生物表观遗传学领域的一项新的重要成果。

此前，陈实课题组主持或参与的 DNA 硫修饰及相关领域的研究成果，相继在 PNAS（《美国科学院院刊》）、Nature Communications（《自然通讯》），Nucleic Acids Research（《核酸研究》）上发表。