东北师范大学PNAS表观遗传研究新成果

　　

生物通报道  来自东北师范大学、香港中文大学、华盛顿州立大学等机构的研究人员在水稻研究中证实，一个重要的CG甲基化酶发生突变，可引起全基因组低甲基化，基因组表达失调以及幼苗死亡。这些研究结果发表在《美国国家科学院院刊》（PNAS）上。

东北师范大学****刘宝（Bao Liu）教授和华盛顿州立大学的Diter von Wettstein教授是这篇论文的共同通讯作者。刘宝教授主要从事植物基因组进化和利用远缘杂交及生物技术进行作物遗传改良的研究。在植物异源多倍体基因组进化和利用野生稻改良水稻等方面取得多项成果。

CG胞嘧啶甲基化(mCG)是一种存在于大多数真核生物基因组中的重要表观遗传标记，其在发育、表观遗传信息传递和基因组稳定中发挥至关重要的作用。动物和植物之间这一表观遗传标记在许多方面存在一些重要的差异。例如，在哺乳动物体细胞中，甲基化胞嘧啶(mCs)几乎完全存在于CG序列背景中，在DNA复制过程中CG甲基化(mCG)是通过单一的CG甲基化酶DNMT1 进行维持（延伸阅读：华东师范大学最新Nature子刊文章 ）。

在植物中胞嘧啶甲基化则更为复杂一些，其发生在CG、CHG和CHH（H可指A、T或C）等序列背景下，由多个具有独特及重叠功能的酶建立及维持。在双子叶模式植物拟南芥中，mCG是通过一种重要的CG甲基化酶MET1来维持。MET1无效突变可导致整体低甲基化和多向性发育障碍。

水稻是一种单子叶模式植物。在这篇文章中，研究人员确定了水稻的重要CG甲基化酶OsMet1-2的一个无效突变体的特征。他们从正常的杂合子植物(OsMET1-2+/−)中直接分离出了OsMet1-2基因突变的纯合子(OsMET1-2−/−)种子，证实这些OsMET1-2−/−种子严重发育不良，所有的发芽的幼苗均经历了快速的坏死性死亡。

他们发现与野生型相比较，突变体的甲基化组（methylome）发生了全基因组mCG丧失，并伴随多个量化分子表型，包括多个蛋白质编码基因异常表达，转座因子激活和抑制，以及小RNA谱改变。

新研究揭示出了水稻和拟南芥之间CG甲基化酶的保守性以及一些不同的功能差异。这些研究结果对于增进我们了解胞嘧啶甲基化在单子叶植物中生物学作用，以及表观遗传操控谷类作物具有重要的意义。

（生物通：何嫱）

作者简介：

刘宝教授
 
1992年毕业于南京农业大学获博士学位；1995-1997，在以色列Weizmann Institute of Science植物科学系从事博士后研究；2000-2001，在美国Iowa State University生态与进化系做访问学者。
　　
主要从事植物基因组进化和利用远缘杂交及生物技术进行作物遗传改良的研究。 在植物异源多倍体基因组进化和利用野生稻（菰, Zizania latifolia）改良水稻等方面取得多项成果。 发表研究论文60余篇，其中50余篇发表在本领域国际杂志（SCI）上。研究成果受到国际权威的认可和好评，多篇论文已被国际同行广泛引用。据不完全统计，从1998年至今被SCI杂志他人引用超过500次， 包括被Nature Genetics, Nature Biotechnology, The EMBO Journal, , PNAS, Trends in Genetics, The Plant Cell等国际权威杂志的多次引用和评述。自1999年以来分别应邀为Genetics, Plant Physiology, Plant Molecular Biology, Theoretical and Applied Genetics, Genome, Genetica 等多家本领域国际杂志评审论文。 2次被国际杂志Current Genomics 和Molecular Phylogenetics and Evolution 约稿撰写综述。

应用研究方面作为主要合作者，通过生物技术与传统育种相结合，培育出6个作物新品种，并参加了其推广工作。其中水稻新品种“通35号”连续多年占吉林省水稻种植总面积的50％以上，已累计增产稻谷超过30亿公斤。应用成果获得5项省级科技奖励。
　　
至今已负责并完成多项国家和地方政府支持的基础课题的研究工作。目前正在承担 “国家杰出青年科学基金”、“国家自然科学基金重点项目”和国家科技部“973项目”（子课题）等课题的研究工作。

生物通推荐原文摘要：

Mutation of a major CG methylase in rice causes genome-wide hypomethylation, dysregulated genome expression, and seedling lethality

Cytosine methylation at CG sites (mCG) plays critical roles in development, epigenetic inheritance, and genome stability in mammals and plants. In the dicot model plant Arabidopsis thaliana, methyltransferase 1 (MET1), a principal CG methylase, functions to maintain mCG during DNA replication, with its null mutation resulting in global hypomethylation and pleiotropic developmental defects. Null mutation of a critical CG methylase has not been characterized at a whole-genome level in other higher eukaryotes, leaving the generality of the Arabidopsis findings largely speculative……