著名学者朱健康Nature子刊表观遗传研究新文章

　　

生物通报道 来自中国科学院上海生命科学研究院、加州大学河滨分校等处的研究人员在新研究中发现，活性DNA去甲基化发生缺陷的拟南芥突变体过度生成了气孔世系细胞（stomatal lineage cell）。研究结果发表在6月5日的《自然通讯》（Nature Communications）杂志上。

文章的通讯作者是中科院上海生命科学研究院的朱健康（Jian-Kang Zhu）教授，朱教授是植物抗逆生物学领域世界级领军人物之一，其及其领导的实验室在植物抗旱、抗盐与耐低温方面的研究硕果累累，在国内外享有声誉。是首批“****”入选者，现为美国普渡大学生物化学系和园艺及园林系杰出教授，2010年当选为美国国家科学院院士。

DNA甲基化是一种在许多真核生物中调控基因组稳定性和功能的可逆性表观遗传标记，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。DNA甲基化在维持正常细胞功能、遗传印记、胚胎发育以及人类肿瘤发生中起着重要作用。

在植物中，DNA甲基化不仅是重要的表观遗传标志，也是植物逆境响应的重要机制。DNA甲基化的水平主要是由甲基化和去甲基化这两个方向来调控。2002年，朱健康研究组通过遗传学方法第一克隆了植物体内的去甲基化酶ROS1，并提出在植物中DNA去甲基化是通过ROS1家族介导的碱基切除修复机制来实现的。ROS1介导的DNA去甲基化在转基因、转座因子和某些内源基因的调控中起至关重要的作用。然而，到目前为止尚没有任何关于ros1突变植物发育表型的报道。

在这篇文章中，研究人员报告称发现在拟南芥ros1突变体中，肽配体基因EPF2的启动子区域发生了超甲基化，这大大降低了EPF2的表达，由此导致了过度生成气孔世系细胞的一种表型。

在模式植物拟南芥中，DNA甲基化的建立主要依赖RNA介导的DNA甲基化途径，这种被称为RdDM的作用途径能通过植物特异性的DNA依赖性RNA聚合酶IV（PolIV），转录靶标序列，生成24-nt siRNA，启动功能。研究人员发现，RNA介导的DNA甲基化信号通路中的某些基因发生突变可以恢复ros1突变体中的EPF2基因表达，抑制表皮发育图式缺陷。

这些结果表明，活性DNA去甲基化对抗了RNA介导的DNA甲基化的活性，由此影响了气孔世系细胞生成。

（生物通：何嫱）

作者简介：

朱健康教授

1987年 毕业于中国农业大学土化系
1990年 取得加州大学河畔分校植物学硕士学位
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阿拉巴马州奥本大学，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

现任美国加州大学河滨分校教授，整合基因研究所所长，兼任国际著名学术刊物《Plant Physiology》、《Plant Molecular Biology》副主编。朱健康教授为植物抗逆分子生物学领域世界级领军人物之一，其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，在国内外享有声誉，已在《Cell》、《Science》《Gene&Development》、《Plant Cell》、PNAS等国际著名学术刊物发表论文190余篇。

生物通推荐原文摘要：

Overproduction of stomatal lineage cells in Arabidopsis mutants defective in active DNA demethylation

DNA methylation is a reversible epigenetic mark regulating genome stability and function in many eukaryotes. In Arabidopsis, active DNA demethylation depends on the function of the ROS1 subfamily of genes that encode 5-methylcytosine DNA glycosylases/lyases. ROS1-mediated DNA demethylation plays a critical role in the regulation of transgenes, transposable elements and some endogenous genes; however, there have been no reports of clear developmental phenotypes in ros1 mutant plants. Here we report that, in the ros1 mutant, the promoter region of the peptide ligand gene EPF2 is hypermethylated, which greatly reduces EPF2 expression and thereby leads to a phenotype of overproduction of stomatal lineage cells. EPF2 gene expression in ros1 is restored and the defective epidermal cell patterning is suppressed by mutations in genes in the RNA-directed DNA methylation pathway. Our results show that active DNA demethylation combats the activity of RNA-directed DNA methylation to influence the initiation of stomatal lineage cells.