上海交大，武汉大学Nature子刊解析DNA修饰

来自上海交通大学生命科学技术学院，武汉大学药学院，美国麻省理工等处的研究人员针对上海交大邓子新教授发现的DNA修饰：磷硫酰化修饰展开研究，通过单分子实时测序等技术，在基因组水平上分析了DNA磷硫酰化修饰位点。

　　

生物通报道：来自上海交通大学生命科学技术学院，武汉大学药学院，美国麻省理工等处的研究人员发表了题为“Genomic mapping of phosphorothioates reveals partial modification of short consensus sequences”的文章，针对上海交大邓子新教授发现的DNA修饰：磷硫酰化修饰展开研究，通过单分子实时测序等技术，在基因组水平上分析了DNA磷硫酰化修饰位点。

这一研究成果公布在Nature Communications杂志上，文章的通讯作者分别为上海交通大学由德林教授，武汉大学陈实教授，以及王连荣教授。

磷硫酰化修饰是首次发现的发生于磷酸骨架上的生理修饰，又称为硫修饰。作为生命的物质基础，DNA由碳、氢、氧、氮和磷五种元素组成的四种核苷酸构成，但在2007年，邓子新教授等人发现细菌能够利用dnd基因簇对DNA磷酸骨架上非桥联氧原子进行硫取代，形成序列特异性、空间构象专一性的DNA磷硫酰化硫修饰，而且这种生理修饰在自然界的细菌中广泛存在。这一发现被《环球科学》评为2007年度“全球十大科学新闻”。

在这一基础上，研究人员又利用单分子实时测序（single molecule real-time sequencing，SMRT）和碘切割依赖的深度测序（deep sequencing of iodine-induced cleavage at PT，ICDS)测定了基因组水平DNA磷硫酰化修饰位点，首次获得了精确的细菌基因组磷硫酰化修饰位点分布图谱。

报道称，两种测序方法相互补充，测得修饰位点具有保守的GpsAAC/GpsTTC短序列特征。而大肠杆菌中同样存在一个DNA磷硫酰化修饰-限制系统，并且其基因组中只有部分的GAAC/GTTC位点被DNA磷硫酰化修饰酶识别修饰。这一发现表明，DNA磷硫酰化修饰-限制系统不同于经典的甲基化修饰-限制系统，具有特殊的作用机制。

大肠杆菌DNA磷硫酰化修饰基因组分布图谱的绘制将极大地推动DNA磷硫酰化的生物学功能研究，对深入理解并揭示这一特殊表观遗传学修饰的生物化学过程提供了重要依据。

近年来DNA磷硫酰化研究成果不断，此前邓子新教授研究组曾通过系统研究磷硫酰化修饰DNA（sDNA）与过氧化物的相互作用揭示sDNA可与多种过氧化物发生氧化还原反应，或使DNA断裂，或发生硫氧互换，或将sDNA氧化成正常DNA。此外，sDNA还可以还原或中和双氧水。显然，这些特性可赋予微生物在氧化逆境中的生存优势。

生物往往需要有氧代谢来高效供能。然而，有氧代谢又常常伴生过氧化物、超氧化物、羟基自由基等，对蛋白质、DNA等生物大分子造成氧化损伤。生物进化出多种机制来清除这些氧化剂，如谷胱甘肽、过氧化物酶、超氧化物歧化酶等。（生物通：万纹）

原文摘要：

Genomic mapping of phosphorothioates reveals partial modification of short consensus sequences
Bacterial phosphorothioate (PT) DNA modifications are incorporated by Dnd proteins A-E and often function with DndF-H as a restriction-modification (R-M) system, as in Escherichia coli B7A. However, bacteria such as Vibrio cyclitrophicus FF75 lack dndF-H, which points to other PT functions. Here we report two novel, orthogonal technologies to map PTs across the genomes of B7A and FF75 with >90% agreement: single molecule, real-time sequencing and deep sequencing of iodine-induced cleavage at PT (ICDS). In B7A, we detect PT on both strands of GpsAAC/GpsTTC motifs, but with only 12% of 40,701 possible sites modified. In contrast, PT in FF75 occurs as a single-strand modification at CpsCA, again with only 14% of 160,541 sites modified. Single-molecule analysis indicates that modification could be partial at any particular genomic site even with active restriction by DndF-H, with direct interaction of modification proteins with GAAC/GTTC sites demonstrated with oligonucleotides. These results point to highly unusual target selection by PT-modification proteins and rule out known R-M mechanisms.

作者简介：

由德林

2001年于吉林大学获生物化学与分子生物学专业博士学位；2001-2003年在北京大学生命科学学院做博士后研究；2003年于上海交通大学生命科学技术学院工作，聘为副教授，博士生导师，2014年被聘为教授；2010-2011年在麻省理工学院进行合作研究。研究领域涉及微生物天然产物生物合成和DNA大分子磷硫酰化修饰。作为项目负责人先后主持国家自然科学基金项目5项、国家高技术研究发展计划项目(863计划) 3项、国家重点基础研究发展计划项目(973计划)子课题1项和上海市自然科学基金项目1项。相关研究成果发表在Chemistry & Biology、Nucleic Acids Research、Metabolic Engineering、 Biochemistry和Nature Chemical Biology等。2008年入选首届上海交通大学晨星青年学者奖励计划(A类)；2012年获得明治生命科学奖（科学奖），入选上海市浦江人才计划。

陈实
 
学习工作简历

1994 – 2000 华中农业大学生物技术六年制本硕连读专业。
2000 – 2004 获上海交通大学生物化学与分子生物学博士学位。
2001 – 2002 作为访问博士生赴韩国高等科技学院合作研究。
2005 – 2007 赴美国麻省理工学院进行博士后研究。
2007 – 2011 在美国哈佛大学进行博士后研究。
2011 - 至今 武汉大学药学院教授。
 

业绩概要
以第一作者或通讯作者在Nature Chemical Biology、PNAS、Chemistry & Biology、Applied and Environmental Microbiology、Protein & Cell 等发表论文。
任Frontiers in Toxicogenomics编委，获邀15个英文学术杂志审稿人。
相关研究成果被Nature Chemical Biology （News and Views），Chemical & Engineering News， Nature China， ScienceDaily，Faculty of 1000 等专门报道。