PNAS∣李金超课题组揭示DNA损伤引发DNA甲基化修饰和转座子活化的分子机制

　　

基因组与表观基因组的完整性持续受到内源及外源DNA损伤的威胁。在哺乳动物中，DNA损伤可诱导组蛋白修饰、DNA甲基化等多种表观遗传改变，与癌症发生和衰老密切相关；近期研究更证实，此类损伤驱动的表观遗传变化可直接促进小鼠衰老。与动物不同，植物固着生长且依赖光合自养，使其对环境DNA损伤尤为敏感——辐射、紫外线等有害环境因子不仅直接破坏DNA，更在植物基因组中引发表观基因组扰动，成为驱动植物基因组与表观基因组演化的重要力量。尽管DNA损伤诱导的表观遗传变异已在真核生物中被广泛记录，但其潜在机制与功能意义仍待阐明。

2026年 7 月 10 日，李金超课题组在 PNAS 杂志在线发表了题为“A DNA break-5mC cycle activates transposable elements in Arabidopsis”的研究论文。本研究构建了一个新颖的机制模型，将DNA单链断链（SSB）与DNA甲基化（5mC）增强、DNA损伤应答激活及全基因组转座子活化相耦联。研究揭示了一个自我强化的SSB-5mC恶性循环，为基因组稳定性与表观遗传演化领域作出了重要概念性推进。

研究发现，基因组SSB的增多可以诱导全基因组转座子的活化及大量de novo DNA甲基化修饰。ZDP/APE2编码保守的DNA 3'末端修复酶，其突变导致由碱基切除修复产生的3'-blocked SSB修复效率低下，最终引发广泛的转座子激活。与此同时，SSB激活ATR-SOG1介导的DNA损伤应答，进而增强DNA从头甲基化通路（RdDM），通过沉积5mC以拮抗转座子激活。有趣的是，这些新建立的甲基化标记随即被DNA去甲基化酶ROS1切除——该过程本身又会产生需经ZDP/APE2修复的3'-blocked SSB。在zdp ape2突变体中，ROS1介导的5mC切除产生额外SSB，进而再次激活RdDM，由此形成自我维持的SSB-5mC循环，持续加剧DNA损伤并驱动大规模转座子激活。这些发现首次证明DNA损伤可广泛影响基因组DNA甲基化与转座子活性，并揭示了一种此前未被认识的DNA损伤与表观遗传变异相互强化的的机制。

生命科学学院助理教授李金超为论文通讯作者，博士后梁文洁为论文第一作者，郑丙莲教授为该研究提供了重要帮助。

论文链接：https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2529943123