6月15日，國(guó)際權(quán)威學(xué)術(shù)期刊Science在線發(fā)表了中科院上海植物逆境生物學(xué)研究中心,、中科院上海生命科學(xué)研究院植物生理生態(tài)所朱健康課題組的研究論文A Histone Acetyltransferase Regulates Active DNA Demethylation in Arabidopsis,。該研究揭示了編碼一個(gè)組蛋白的乙?；窱DM1在植物去甲基化作用機(jī)制中的重要作用，是近年來表觀遺傳領(lǐng)域的一項(xiàng)重大突破,。
DNA甲基化修飾是一種重要的表觀遺傳學(xué)標(biāo)志,，在基因表達(dá)、細(xì)胞分化和生長(zhǎng)發(fā)育過程中均發(fā)揮著重要的調(diào)節(jié)作用,，同時(shí)也是植物逆境響應(yīng)的重要機(jī)制,。DNA甲基化的水平主要有甲基化和去甲基化這兩個(gè)方向來協(xié)同調(diào)控，目前在植物中對(duì)甲基化途經(jīng)的研究已經(jīng)比較清楚,，但是對(duì)DNA去甲基化的調(diào)控機(jī)制仍然不是很明確,。2002年，朱健康研究組通過遺傳學(xué)的方法第一個(gè)克隆了植物體內(nèi)的去甲基化酶ROS1,，并提出在植物中DNA去甲基化是通過ROS1家族介導(dǎo)的堿基切除修復(fù)機(jī)制來實(shí)現(xiàn)的（Gong et al.,， Cell， 111： 803-814,， 2002）,。后續(xù)的研究證明，DNA磷酸酶ZDP能和ROS1相互作用,，并影響其中一部分ROS1調(diào)控位點(diǎn)的甲基化水平（Martínez-Macías &Qian et al.,， Molecular Cell， 45： 357-370,， 2012）,。但是通過對(duì)ros1功能缺失突變體的研究發(fā)現(xiàn)，ROS1只調(diào)控某些特殊位點(diǎn)的甲基化水平,，而對(duì)全基因組的甲基化水平影響不大,。所以，ROS1如何調(diào)控成為去甲基化領(lǐng)域一個(gè)很重要的問題,。
該研究通過ros1突變體全基因組甲基化的分析和CHOP PCR分子標(biāo)記的應(yīng)用建立起一種新的突變體篩選方法,，研究發(fā)現(xiàn)一個(gè)組蛋白的乙酰化酶IDM1對(duì)調(diào)控ROS1的去甲基化具有重要作用,。IDM1是一個(gè)編碼多個(gè)功能域的酶,。這個(gè)蛋白能識(shí)別多個(gè)表觀遺傳學(xué)的標(biāo)志，包括組蛋白的甲基化以及DNA的甲基化等,，同時(shí)能對(duì)相應(yīng)位點(diǎn)的組蛋白進(jìn)行乙?；瑥亩淖冞@個(gè)特定的區(qū)域的染色體的結(jié)構(gòu),。ROS1本身或相互作用的蛋白就能夠識(shí)別這種染色體結(jié)構(gòu)的改變,，接著對(duì)這個(gè)區(qū)域的DNA進(jìn)行去甲基化。研究還表明,，很多ROS1的靶位點(diǎn)基因的表達(dá)也受去甲基化途經(jīng)的調(diào)控,。
這一研究工作填補(bǔ)了植物去甲基化調(diào)控機(jī)制的一個(gè)重要空白，為進(jìn)一步研究ROS1在植物生長(zhǎng)發(fā)育及對(duì)環(huán)境響應(yīng)過程中的作用奠定了基礎(chǔ),。
文章的通訊作者是美國(guó)科學(xué)院院士朱健康教授,，為世界著名的植物生物學(xué)家、植物抗逆分子生物學(xué)領(lǐng)軍人物，在逆境,、表觀遺傳學(xué)領(lǐng)域做出了卓越的貢獻(xiàn),。2011年入選中央“千人計(jì)劃”頂尖人才并回國(guó)籌建“中科院上海植物逆境生物學(xué)研究中心”。中心的成立得到了中國(guó)科學(xué)院,、上海市和相關(guān)部委的大力支持,，上海生科院以及植物生理生態(tài)研究所更是在實(shí)驗(yàn)空間，公共平臺(tái),、人才引進(jìn)等方面給予了全力保障,，使得朱健康教授研究團(tuán)隊(duì)能在短時(shí)間內(nèi)籌建好實(shí)驗(yàn)室和開展工作。
（生物谷Bioon.com）
doi:10.1126/science.1219416
PMC:
PMID:
A Histone Acetyltransferase Regulates Active DNA Demethylation in Arabidopsis
Weiqiang Qian1,2,*, Daisuke Miki1,*, Heng Zhang1,2, Yunhua Liu2,3, Xi Zhang4, Kai Tang2, Yunchao Kan5, Honggui La1,2, Xiaojie Li6, Shaofang Li7, Xiaohong Zhu2, Xiaobing Shi4, Kangling Zhang8, Olga Pontes9, Xuemei Chen7, Renyi Liu7, Zhizhong Gong6, Jian-Kang Zhu1,2,†
Active DNA demethylation is an important part of epigenetic regulation in plants and animals. How active DNA demethylation is regulated and its relationship with histone modification patterns are unclear. Here, we report the discovery of IDM1, a regulator of DNA demethylation in Arabidopsis. IDM1 is required for preventing DNA hypermethylation of highly homologous multicopy genes and other repetitive sequences that are normally targeted for active DNA demethylation by Repressor of Silencing 1 and related 5-methylcytosine DNA glycosylases. IDM1 binds methylated DNA at chromatin sites lacking histone H3K4 di- or trimethylation and acetylates H3 to create a chromatin environment permissible for 5-methylcytosine DNA glycosylases to function. Our study reveals how some genes are indicated by multiple epigenetic marks for active DNA demethylation and protection from silencing
