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解析打破常规的表观遗传现象

来自中科院上海生命科学院、普渡大学、中国农业大学和山东农业大学的研究人员,在拟南芥中证实有多条基因沉默信号通路参与了副突变(Paramutation)样现象。这一重要的研究发表在5月14日的《Cell Reports》杂志上。


中国科学院上海生命科学院植物逆境生物学研究中心的张蘅(Heng Zhang)博士以及郑志民(Zhimin Zheng)博士是这篇论文的共同通讯作者。


副突变是指一个等位基因可以使其同源基因的转录产生稳定可遗传的变化,即一个等位基因被另一个等位基因在转录水平上沉默且这种能力可遗传的现象。1956年Brink在研究玉米的R基因座位时第一次发现了副突变,这一表观遗传现象后被发现也存在于许多其他的多细胞生物体中。大多数情况下,孟德尔的遗传法则是得到遵守的,即基因对的独立遗传互不干扰。副突变作为一种不符合孟德尔遗传法则的遗传模式,自被提出以来科学家们就期待在分子水平上解释这一异常效应。


迄今为止发现的几乎每一个副突变离子都与DNA重复序列相关。举例来说,在玉米中booster(b1)基因座副突变受到定位在b1基因上游大约100kb的7个串联重复序列的调控。并且,这7个串联重复序列是b1基因副突变的必要及充足条件。在植物中,沉默包括转座子在内的一些重复序列对维持基因组完整性以及植物的发育至关重要。稳定的沉默通常需要移除与转录激活相关的一些表观遗传修饰如组蛋白乙酰化和H3K4me3,以及沉积一些抑制性表观遗传修饰例如H3K9me1/2。


在植物中DNA甲基化可以发生于对称序列环境(CG和CHG)及不对称序列环境(CHH)下。三种类型DNA甲基化(CG、CHG和CHH)的维持与分别和DNA复制、组蛋白修饰(H3K9me1/2)和小干扰RNA(Small interfering RNA;siRNA)相关联的一些不同过程有关。siRNA引导的DNA甲基化过程,又称作RNA介导DNA甲基化(RNA-directed DNA methylation ,RdDM),是三种类型从头DNA甲基化的必要条件。尽管有研究发现了一些参与RdDM的组件是副突变的必要条件,当前对于副突变的分子机制仍知之甚少。


在这篇文章中研究人员报告称在拟南芥中发现了一个多拷贝pRD29A-LUC转基因,行为像一种副突变基因座。他们发现DNA糖基化酶基因ROS1突变可诱导LUC沉默状态。沉默LUC等位基因不仅在减数分裂中稳定,还可以在缺乏ros1的情况下将活化LUC等位基因转为沉默。除了RdDM,维持LUC基因沉默还需要多条信号通路的作用。


新研究不仅发现了与副突变样现象相关的一些特异的因子,还建立了一个在拟南芥中研究副突变的模型系统。


原文链接:Involvement of Multiple Gene-Silencing Pathways in a Paramutation-like Phenomenon in Arabidopsis


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