上海生科所Science表观遗传学重大突破

近日来自中国科学院上海生命科学研究所生理生态所、中科院上海植物逆境生物学研究中心和普渡大学等机构的研究人员在表观遗传学研究中取得重大成果 ，发现了一个调控活性DNA去甲基化作用的组蛋白乙酰转移酶IDM1，相关论文发布在6月15日的国际权威学术期刊《科学》（Science）杂志上。

　　

生物通报道  近日来自中国科学院上海生命科学研究所生理生态所、中科院上海植物逆境生物学研究中心和普渡大学等机构的研究人员在表观遗传学研究中取得重大成果 ，发现了一个调控活性DNA去甲基化作用的组蛋白乙酰转移酶IDM1，相关论文“A Histone Acetyltransferase Regulates Active DNA Demethylation in Arabidopsis”发布在6月15日的国际权威学术期刊《科学》（Science）杂志上。

文章的通讯作者是美国科学院院士朱健康教授，为世界著名的植物生物学家、植物抗逆分子生物学领军人物。2011年入选首批“****”，现为中科院上海植物逆境生物学研究中心主任。其在逆境、表观遗传学领域做出了卓越的贡献，是世界植物科学领域发表论文引用率最高的科学家之一。

表观遗传学调控基因表达主要涉及DNA甲基化和组蛋白修饰的动态调控。DNA甲基化修饰是一种重要的表观遗传学标志，它是由DNA甲基转移酶（DNA  methyl-transferase,  Dnmt）催化S-腺苷甲硫氨酸作为甲基供体，将胞嘧啶转变为5-甲基胞嘧啶（mC）的一种反应，在真核生物DNA中，5-甲基胞嘧啶是唯一存在的化学性修饰碱基。其在基因表达、细胞分化和生长发育过程中均发挥着重要的调节作用，同时也是植物逆境响应的重要机制。DNA甲基化的水平主要有甲基化和去甲基化这两个方向来协同调控，目前在植物中对甲基化途经的研究已经比较清楚，但是对DNA去甲基化的调控机制仍然不是很明确。

在这篇文章中，研究人员报告称在拟南芥中发现了一个DNA去甲基化作用的调控子IDM1。植物中的活性DNA去甲基化（Active DNA demethylation）是通过5-甲基胞嘧啶DNA糖基化酶的ROS1亚家族启动碱基切除修复途径所介导。研究人员证实IDM1调控了5-甲基胞嘧啶DNA糖基化酶靶向的一组位点的DNA甲基化水平。这对于防止DNA超甲基化和一些转基因与具有重复序列的内源基因或多基因家族中高度同源基因的转录沉默起至关重要的作用。

研究人员还证实IDM1是一种DNA H3乙酰转移酶能够通过它的MBD结构域识别甲基化的DNA，并通过它的PHD结构域识别未甲基化的组蛋白H3K4。因此，IDM1能够识别一些去甲基化靶位点的多种表观遗传特征，构建出乙酰化的H3K18和 H3K23标记，随后被DNA去甲基化酶或它们的互作伙伴蛋白所识别。

这些研究发现填补了植物去甲基化调控机制的一个重要空白，为进一步研究ROS1在植物生长发育及对环境响应过程中的作用奠定了基础。

（生物通：何嫱）

生物通推荐原文摘要：

A Histone Acetyltransferase Regulates Active DNA Demethylation in Arabidopsis

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.

作者简介：

朱健康

男，1967年生于中国安徽。国际著名植物生物学家、植物抗逆分子生物学领军科学家，美国科学院院士、美国普渡大学生物化学系和园艺及园林系杰出教授，首批“****”入选者，中科院上海植物逆境生物学研究中心主任。朱健康1988年赴美留学，2000年受聘美国亚利桑那大学植物科学系正教授，曾任加州大学河滨分校整合基因组学研究所所长。在植物抗旱、耐盐与耐低温方面做出了杰出成就，是世界植物科学领域发表论文引用率最高的科学家之一。

1987年 毕业于北京农业大学后到美国深造 　　
1990年 取得河滨加大植物学硕士学位  朱健康
1993年 获得普渡大学植物生理学博士学位 　
1993－－1996朱健康随后任教于纽约市洛克斐勒大学与亚拉巴马州奥本大学，教授植物生物学 　　
1996年 转赴亚利桑那大学吐桑分校任教，2000年成为该校植物学系教授 　　

研究领域：大致在盐胁迫和SOS信号转导；干旱与ABA信号通路；耐冷机制；基因沉默和调节方面 　　

发表文章：（不完全统计）plant cell：16 PNAS: 14  PLANT PHYSIOL:17 J.B.C 5 　　CELL: 4  SCIENCE:2 　　

2010年4月27日，朱健康当选为美国国家科学院院士。在美国科学院迄今为止总共2076名院士中，42岁的他是最年轻的一位。同时，他也是新中国成立后第二位在中国内地接受大学教育的美国科学院院士。Doctor zhu及其领导的实验室在植物抗旱、耐盐与耐低温方面的研究硕果累累，在国内外享有盛誉。