上海生科所Science表观遗传学重大突破

近日来自中国科学院上海生命科学研究所生理生态所、中科院上海植物逆境生物学研究中心和普渡大学等机构的研究人员在表观遗传学研究中取得重大成果 ，发现了一个调控活性DNA去甲基化作用的组蛋白乙酰转移酶IDM1，相关论文“A Histone Acetyltransferase Regulates Active DNA Demethylation in Arabidopsis”发布在6月15日的国际权威学术期刊《科学》（Science）杂志上。

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文章的通讯作者是美国科学院院士朱健康教授，为世界著名的植物生物学家、植物抗逆分子生物学领军人物。2011年入选首批“千人计划”，现为中科院上海植物逆境生物学研究中心主任。其在逆境、表观遗传学领域做出了卓越的贡献，是世界植物科学领域发表论文引用率最高的科学家之一。
表观遗传学调控基因表达主要涉及DNA甲基化和组蛋白修饰的动态调控。DNA甲基化修饰是一种重要的表观遗传学标志，它是由DNA甲基转移酶（DNA  methyl-transferase,  Dnmt）催化S-腺苷甲硫氨酸作为甲基供体，将胞嘧啶转变为5-甲基胞嘧啶（mC）的一种反应，在真核生物DNA中，5-甲基胞嘧啶是唯一存在的化学性修饰碱基。其在基因表达、细胞分化和生长发育过程中均发挥着重要的调节作用，同时也是植物逆境响应的重要机制。DNA甲基化的水平主要有甲基化和去甲基化这两个方向来协同调控，目前在植物中对甲基化途经的研究已经比较清楚，但是对DNA去甲基化的调控机制仍然不是很明确。

在这篇文章中，研究人员报告称在拟南芥中发现了一个DNA去甲基化作用的调控子IDM1。植物中的活性DNA去甲基化（Active DNA demethylation）是通过5-甲基胞嘧啶DNA糖基化酶的ROS1亚家族启动碱基切除修复途径所介导。研究人员证实IDM1调控了5-甲基胞嘧啶DNA糖基化酶靶向的一组位点的DNA甲基化水平。这对于防止DNA超甲基化和一些转基因与具有重复序列的内源基因或多基因家族中高度同源基因的转录沉默起至关重要的作用。
研究人员还证实IDM1是一种DNA H3乙酰转移酶能够通过它的MBD结构域识别甲基化的DNA，并通过它的PHD结构域识别未甲基化的组蛋白H3K4。因此，IDM1能够识别一些去甲基化靶位点的多种表观遗传特征，构建出乙酰化的H3K18和 H3K23标记，随后被DNA去甲基化酶或它们的互作伙伴蛋白所识别。

这些研究发现填补了植物去甲基化调控机制的一个重要空白，为进一步研究ROS1在植物生长发育及对环境响应过程中的作用奠定了基础。