日前,，美國(guó)科學(xué)院院刊（PNAS）發(fā)表了上海交通大學(xué)、武漢大學(xué)與美國(guó)麻省理工學(xué)院共同合作,，以王連榮教授為第一作者,、陳實(shí)教授和彼得·帝丹教授為共同通訊作者的一篇論文：“DNA磷硫?；揎椩诩?xì)菌基因組中廣泛分布且量化存在”,。這是DNA骨架上硫修飾研究領(lǐng)域又一個(gè)新的重大進(jìn)展,，也是鄧子新院士團(tuán)隊(duì)與彼得·帝丹教授合作報(bào)道了 DNA骨架上硫修飾化學(xué)本質(zhì)后持續(xù)合作的新成果。
該論文集高敏檢測(cè)與精細(xì)量化于一體,，從飛摩爾水平 (10-12 摩爾) 對(duì) 16 種不同序列的磷硫酰化 DNA 雙核苷酸及其在染色體上的修飾頻率進(jìn)行同步鑒定,，實(shí)現(xiàn)了硫修飾DNA快速、高效,、高通量,、可定量的化學(xué)檢測(cè),。在此基礎(chǔ)上，從棲息于多樣化生態(tài)環(huán)境的多種代表性微生物中發(fā)現(xiàn)了新型硫修飾DNA上前所未見的修飾方式包括 d(GPST),、d(CPSA),、 d(TPSA),、d(APSA) 和 d(CPSC),，闡明了 DNA 硫修飾在從土壤微生物到海洋微生物,，從植物致病菌到人類病原菌,，從好氧菌到厭氧菌,，甚至在最小可自主生長(zhǎng)的微生物之一的C. Pelagibacter ubique HTCC1002上表現(xiàn)出的廣泛多樣性,，揭示出硫修飾是自然微生物DNA 骨架上廣泛存在又非常獨(dú)特的生理修飾,。
另外，此研究還首次將 DNA 硫修飾研究擴(kuò)展到了環(huán)境基因組學(xué) (metagenomics),，在馬尾藻海域,、俄勒岡海岸水域的海洋環(huán)境中發(fā)現(xiàn)了 dnd 基因簇以及多種序列的 DNA硫修飾包括 d(GPSA)，d(GPSG), d(GPST) 和 d(CPSC),；同時(shí)發(fā)現(xiàn)硫修飾微生物的分布與特定的海洋區(qū)域,、海洋深度相關(guān),，例如,，d(GPSG) 在馬尾藻海多存在于深達(dá) 200 米的深層海域，而 d(CPSC) 則存在于各個(gè)水層,。進(jìn)化樹分析發(fā)現(xiàn) dnd 基因的傳播符合基因橫向轉(zhuǎn)移的特征,，為今后研究 dnd 基因簇的進(jìn)化及其在不同微生物間的物質(zhì)交流和生理功能奠定了新的基礎(chǔ)。
研究還通過第二代測(cè)序技術(shù)鑒定了數(shù)個(gè)弧菌的部分基因組,，以及這些基因組信息與DNA骨架硫修飾之間的關(guān)系,，同時(shí)發(fā)現(xiàn)染色體上的DNA 硫修飾受到嚴(yán)謹(jǐn)?shù)恼{(diào)控，其數(shù)量化分布的頻率符合限制修飾系統(tǒng)的特征,，佐證DNA硫修飾與某種新型的限制系統(tǒng)相關(guān)聯(lián),。此外,，研究方法還可以方便地延伸應(yīng)用到砷基生命的精細(xì)化學(xué)結(jié)構(gòu)鑒定中, 如砷基生命的化學(xué)結(jié)構(gòu)確認(rèn)與磷硫?；揎棽煌?，砷取代將被可能成為繼DNA硫修飾之后第二例DNA骨架上的生理修飾,。
該領(lǐng)域近期的系統(tǒng)性進(jìn)展已將DNA 硫修飾的研究推進(jìn)到一個(gè)新的發(fā)展階段,。最近,，中國(guó)團(tuán)隊(duì)已應(yīng)邀為英文專著《DNA replication》系統(tǒng)撰寫“Phosphorothioation: an unusual post-replicative modification on the DNA backbone” 一章,。（生物谷Bioon.com）
生物谷推薦原文出處：
PNAS doi: 10.1073/pnas.1017261108
DNA phosphorothioation is widespread and quantized in bacterial genomes
Lianrong Wanga,b,c, Shi Chenb,c,1, Kevin L. Vergind, Stephen J. Giovannonid, Simon W. Chana, Michael S. DeMotta, Koli Taghizadehe, Otto X. Corderof, Michael Cutlerf, Sonia Timberlakea, Eric J. Alma,f, Martin F. Polzf, Jarone Pinhassig, Zixin Dengb,c, and Peter C. Dedona,e,1
Abstract
Phosphorothioate (PT) modification of DNA, with sulfur replacing a nonbridging phosphate oxygen, was recently discovered as a product of the dnd genes found in bacteria and archaea. Given our limited understanding of the biological function of PT modifications, including sequence context, genomic frequencies, and relationships to the diversity of dnd gene clusters, we undertook a quantitative study of PT modifications in prokaryotic genomes using a liquid chromatography-coupled tandem quadrupole mass spectrometry approach. The results revealed a diversity of unique PT sequence contexts and three discrete genomic frequencies in a wide range of bacteria. Metagenomic analyses of PT modifications revealed unique ecological distributions, and a phylogenetic comparison of dnd genes and PT sequence contexts strongly supports the horizontal transfer of dnd genes. These results are consistent with the involvement of PT modifications in a type of restriction-modification system with wide distribution in prokaryotes.
