PNAS | 朱健康团队发现在主动DNA去甲基化缺陷的拟南芥植物中DNA甲基化的跨代增加

植物科学最前沿 · 公众号 · · 2024-05-29 12:41

正文

为什么遗传物质相同的个体在不同的生存环境下表现出不同的行为差异，并且有些可以遗传给下一代？ 例如1944-1945年荷兰大饥荒（Dutch Hunger Winter）和1943孟加拉饥荒（Bengal famine of 1943）导致的各种健康问题对后代产生了持续影响已被广泛报道。这种不由遗传物质决定的跨代影响就是跨代表观遗传学（transgenerational epigenetics）研究的问题。表观遗传学是指不涉及DNA序列变化的可遗传的基因调控，通常通过DNA甲基化、组蛋白修饰等开启和关闭基因的表达。不同的生物个体在各种环境下，体内表观遗传系统对外界条件作出相应的反应，进而影响人的健康或改变植物的适应性。 对于跨代表观遗传学的研究有助于揭示表观遗传机制在环境适应和进化中的作用。

2024年5月20日，南方科技大学朱健康团队在 PNAS 杂志上发表了题为“ Transgenerational increases in DNA methylation in Arabidopsis plants defective in active DNA demethylation ”的研究成果，报道了在模式生物拟南芥中， DNA去甲基化酶ROS1突变导致基因组水平上DNA甲基化水平逐代升高。该发现揭示了ROS1在阻止随机形成的DNA甲基化的跨代遗传，维持表观基因组稳定中起重要的监控作用。 这项研究将有助于我们理解基因组DNA甲基化的进化以及生存环境如何通过表观遗传对后代产生影响。

在正常和盐胁迫条件下，从单粒拟南芥种子连续繁殖10代（G1-G10），每一代创建了5个独立的株系。 该研究系统比较了两个基因型（野生型和 ros1 突变体）和两种生长条件（正常和盐胁迫）下， DNA甲基化水平的跨代变化。结果显示， ros1 突变体G10代平均DMC（Differentially Methylated Cytosine）数量和CG表观突变率（CG epimutation rate）均高于野生型2倍以上，并且non-CG (CHG and CHH)-DMCs也高于野生型。野生型中甲基化升高的跨代DMC占总跨代DMC的比例大约50%，而在 ros1 突变体中这个比例要高出很多。 这些结果表明主动DNA去甲基化控制DNA甲基化的跨代升高，从而维持表观基因组的稳定性。

试验设计和跨代DMC分析

有趣的是， ros1 突变体中跨代DMC并不是ROS1 常规的靶标区域。CG-DMRs （Differentially Methylated Regions）在 5个 ros1 突变体重复株系表现出一致的跨代DNA甲基化的变化，相比之下，野生型则较为随机。与跨代CG-DMCs变化趋势一致， ros1 突变体中CG-DMRs多为甲基化升高的CG-DMRs （hyper-CG-DMRs），野生型和 ros1 突变体中甲基化升高的CG-DMRs占总CG-DMRs的比例分别是54%和99%。

正常生长条件下野生型和 ros1 突变体跨代CG-DMCs表征

正常生长条件下野生型和 ros1 突变体跨代CG-DMRs分析

该研究还发现，盐胁迫条件下，野生型和 ros1 突变体呈现类似于正常条件下的跨代CG-DMRs特征。显示了不同条件下主动去甲基化在维持跨代表观基因组稳定中的重要作用。由此该研究提出ROS1 是阻止随机DNA甲基化跨代遗传的一个重要监控因子。 该成果为未来研究人类跨代表观遗传，基因组DNA甲基化进化及鉴定维持基因组DNA甲基化稳定跨代遗传的关键因子提供了线索。

朱健康团队的博士研究生唐恺为该论文的第一作者，朱健康教授和郎曌博教授为通讯作者，河南大学朱晓红教授参与了该项目的设计和论文的撰写。

参考消息：

https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2320468121

本文来源：inature

PNAS | 朱健康团队发现在主动DNA去甲基化缺陷的拟南芥植物中DNA甲基化的跨代增加

正文

请到「今天看啥」查看全文