上海交大最新《Nature》文章解析DNA甲基化关键蛋白

　　

生物通报道，我国上海交通大学农业与生物学院和美国加州大学分校开展合作研究DNA甲基化，取得新进展，最新成果文章发表在9月24日《Nature》上。

 

上海交大唐克轩教授实验室与美国加州大学河滨分校朱健康教授实验室联合培养的博士生张飞参与了主要的研究工作。领导这一研究的是加州大学的朱健康教授，朱教授是国际顶级的植物分子生物学家，在植物非生物胁迫、microRNA功能及表观遗传学领域颇有建树。

 

张飞博士自去年9月开始进入朱健康教授实验室，参与拟南芥DNA甲基化研究。DNA甲基化修饰是基因转录水平沉默的一个重要标记，近年来的一系列研究表明许多基因的甲基化状态受甲基化过程与去甲基化过程的动态调控。在拟南芥中，DNA活性去甲基化是由5-甲基胞嘧啶DNA糖基化酶的ROS1亚家族通过碱基切除修复途径所介导的。关于去甲基化酶是如何定位于特定的DNA序列的机理仍不清楚。

 

朱健康教授实验室的研究小组发现一个RNA结合蛋白ROS3是拟南芥中DNA去甲基化所必须的因子。遗传学数据证明ROS3与ROS1处于同一遗传途径，体内与体外RNA结合实验都证明ROS3能够结合小RNA，免疫共定位研究发现ROS3与ROS1共定位于细胞核的不连续集中点。这些数据证明ROS3在防止DNA高度甲基化过程中起着重要作用并且表明ROS1的DNA去甲基化过程可能是通过结合在ROS3的小RNA引导完成的。

 

交大唐克轩教授一直从培养和快速提高学生的科研能力出发，鼓励学生联系国外的顶尖学者，争取联合培养的机会。继去年派出两位学生赴美联合培养后，今年他又派出两位博士生分赴加州大学伯克利分校以及荷兰莱顿大学进行联合培养研究。

 

原文摘要：ROS3 is an RNA-binding protein required for DNA demethylation in Arabidopsis

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【Abstract】

DNA methylation is an important epigenetic mark for transcriptional gene silencing (TGS) in diverse organisms. Recent studies suggest that the methylation status of a number of genes is dynamically regulated by methylation and demethylation. In Arabidopsis, active DNA demethylation is mediated by the ROS1 (repressor of silencing 1) subfamily of 5-methylcytosine DNA glycosylases through a base excision repair pathway. These demethylases have critical roles in erasing DNA methylation and preventing TGS of target genes. However, it is not known how the demethylases are targeted to specific sequences. Here we report the identification of ROS3, an essential regulator of DNA demethylation that contains an RNA recognition motif. Analysis of ros3 mutants and ros1 ros3 double mutants suggests that ROS3 acts in the same genetic pathway as ROS1 to prevent DNA hypermethylation and TGS. Gel mobility shift assays and analysis of ROS3 immunoprecipitate from plant extracts shows that ROS3 binds to small RNAs in vitro and in vivo. Immunostaining shows that ROS3 and ROS1 proteins co-localize in discrete foci dispersed throughout the nucleus. These results demonstrate a critical role for ROS3 in preventing DNA hypermethylation and suggest that DNA demethylation by ROS1 may be guided by RNAs bound to ROS3.

 

附拟南芥简介

南芥是进行遗传学研究的好材料，被科学家誉为“植物中的果蝇”。

 

拟南芥的优点是植株小（1平方厘 米可种植好几棵）、每代时间短（从发芽到开花不超过6周）、结子多（每棵植物可产很多粒种子）、生活力强（用普通培养基就可作人工培养）。拟南芥的基因组 是目前已知植物基因组中最小的。每个单倍染色体组（n="5）的总长只有7000万个碱基对，即只有小麦染色体组长的1/80，这就使克隆它的有关基因相对" 说来比较容易。拟南芥是自花受粉植物，基因高度纯合，用理化因素处理突变率很高，容易获得各种代谢功能的缺陷型。例如用含杀草剂的培养基来筛选，一般获得 抗杀草剂的突变率是1/100000。由于有上述这些优点，所以拟南芥是进行遗传学研究的好材料，被科学家誉为“植物中的果蝇”。

 

（生物通 张欢）