Salk研究所的科學家們對不同地域生長的植物進行了研究,，明確了這些植物表觀基因組的多樣性模式。他們指出,，這種多樣性不僅有助于植物適應各種環(huán)境，也為提高作物產(chǎn)量和研究人類疾病帶來了啟示。文章于三月六日發(fā)表在Nature雜志上,。
研究人員發(fā)現(xiàn)，隨著生長環(huán)境的變化,，同種植物間不僅存在基因多樣性,，還存在表觀基因組層面上的差異。表觀遺傳學修飾是指DNA序列上起調(diào)控作用的化學標簽,，能夠在不改變DNA序列（A-T-C-G）的情況下調(diào)節(jié)基因表達,。植物和人類中都存在表觀基因組，它為細胞提供了微調(diào)基因的額外工具,。表觀基因組學旨在研究基因組中表觀遺傳學修飾的模式,。
研究顯示，不同地區(qū)生長的植物間,，存在較大的表觀基因組差異,，這賦予植物快速適應環(huán)境的能力。“我們研究了從世界各地收集來的植物,，發(fā)現(xiàn)它們的表觀基因組中存在驚人的差異,，”文章資深作者，Salk研究所的Joseph R. Ecker教授說,。“表觀基因組層面上的多樣性,，為植物適應各種環(huán)境提供了不改變DNA序列的快速途徑，如若不然植物將需要很長時間來適應,。”
一旦理解了植物中的表觀基因組改變,，科學家們就可以對其進行操縱以滿足多種需要，包括發(fā)展生物能源和培育耐旱植物等等,。表觀遺傳學知識能夠為農(nóng)業(yè)帶來重大影響,，例如指導人們進行育種，幫助人們選擇適應特定環(huán)境的農(nóng)作物等,。
Ecker開發(fā)了MethylC-Seq技術來檢測表觀基因組的改變,。研究人員通過這一方法,，分析了不同地區(qū)擬南芥的甲基化模式。擬南芥是植物生物學中寶貴的模式生物,。研究中的擬南芥來自北半球的多種氣候條件,，從歐洲到亞洲，從瑞典到Cape Verde島,。研究人員分別檢測了這些擬南芥的基因組和甲基化組,，這是解析表觀遺傳學改變的第一步，這些信息能夠揭示表觀遺傳學改變對植物性狀及其適應能力的影響,。
“我們預計到不同地區(qū)的植物群體之間存在甲基化模式差異,，” Ecker實驗室的博后Robert J. Schmitz說。“不過,，差異之大還是遠遠超出了我們的預期,。”
通過分析甲基化模式，Ecker團隊研究了表觀基因組對植物基因活性的影響,。甲基化能使基因失活,，不過與DNA突變不同，甲基化模式是可逆的,，這使植物可以暫時活化特定基因,。明確植物中受到表觀遺傳學調(diào)控的基因，能夠幫助人們找到與環(huán)境適應力相關的重要基因,。
人體中也廣泛存在甲基化沉默基因的事件,，例如腫瘤抑制基因的沉默，在癌癥研究和治療中甲基化都是不可忽視的因素,。“如果基因被表觀基因組關閉,，那么我們也可以通過去甲基化將其恢復，”文章的作者之一Matthew Schultz說,。分析甲基化差異如何在自然界形成,，將幫助人們更好的操縱表觀基因組。
下一步,，研究人員將解析甲基化差異對植物性狀的影響,，探尋環(huán)境壓力所誘導的表觀基因組改變。（生物谷Bioon.com）
doi:10.1038/nchembio.657
PMC:
PMID:
RF1 knockout allows ribosomal incorporation of unnatural amino acids at multiple sites
David B F Johnson, Jianfeng Xu,Zhouxin Shen, Jeffrey K Takimoto, Matthew D Schultz
Stop codons have been exploited for genetic incorporation of unnatural amino acids (Uaas) in live cells, but their low incorporation efficiency, which is possibly due to competition from release factors, limits the power and scope of this technology. Here we show that the reportedly essential release factor 1 (RF1) can be knocked out from Escherichia coli by 'fixing' release factor 2 (RF2). The resultant strain JX33 is stable and independent, and it allows UAG to be reassigned from a stop signal to an amino acid when a UAG-decoding tRNA-synthetase pair is introduced. Uaas were efficiently incorporated at multiple UAG sites in the same gene without translational termination in JX33. We also found that amino acid incorporation at endogenous UAG codons is dependent on RF1 and mRNA context, which explains why E. coli tolerates apparent global suppression of UAG. JX33 affords a unique autonomous host for synthesizing and evolving new protein functions by enabling Uaa incorporation at multiple sites.
