近日，國際權(quán)威學(xué)術(shù)期刊PNAS在線發(fā)表了中國科學(xué)院上海逆境生物學(xué)研究中心黃朝鋒課題組和朱健康課題組合作完成的題為“DNA demethylase ROS1 negatively regulates the imprinting of DOGL4 and seed dormancy in Arabidopsis thaliana”的研究論文。該研究發(fā)現(xiàn)了擬南芥DNA去甲基化酶ROS1負(fù)調(diào)控DOGL4基因的印記和種子休眠的新機(jī)制。

      基因印記是指父母本來源等位基因之間發(fā)生顯著表達(dá)差異的一種表觀遺傳現(xiàn)象。在植物中，基因的印記表達(dá)主要出現(xiàn)在胚乳中。擬南芥中含有4個(gè)DNA去甲基化酶，其中DME特異在雌配子的中心細(xì)胞中表達(dá)，它通過去甲基化作用調(diào)控了胚乳的基因組印記。然而，其它更廣泛表達(dá)的去甲基化酶是否參與了基因組印記的調(diào)控仍未知。此研究發(fā)現(xiàn)另一個(gè)DNA去甲基化酶ROS1參與了DOGL4基因的印記調(diào)控。DOGL4是調(diào)控種子休眠基因DOG1的同源基因，它是一個(gè)胚乳中父本不完全印記基因。與母本等位基因相比，DOGL4的父本等位基因由于其啟動(dòng)子的-1.0 kb區(qū)域甲基化更高從而使父本等位基因表達(dá)受到了部分抑制，該甲基化過程主要是由RNA介導(dǎo)的DNA甲基化（RdDM）介導(dǎo)。雖然調(diào)控印記基因表達(dá)的關(guān)鍵因子DME和PRC2復(fù)合物也參與調(diào)控DOGL4的表達(dá)，但它們不調(diào)控DOGL4基因的印記。在ros1突變體中，DOGL4父本等位基因在包括-1.0 kb和-0.5 kb在內(nèi)啟動(dòng)子區(qū)域都被超甲基化，導(dǎo)致父本等位基因的表達(dá)被完全抑制，而母本等位基因的啟動(dòng)子區(qū)域仍保持較低的甲基化水平，從而最終使DOGL4在ros1突變體中變成一個(gè)完全的父本印記基因。因此，ROS1通過對(duì)父本等位基因啟動(dòng)子進(jìn)行去甲基化來負(fù)調(diào)控DOGL4基因的印記。

      此外，該研究發(fā)現(xiàn)DOGL4參與負(fù)調(diào)控種子休眠和對(duì)脫落酸（ABA）的響應(yīng)，并且它在胚乳中的印記表達(dá)也對(duì)種子休眠和ABA響應(yīng)的調(diào)控起一定的貢獻(xiàn)作用。ROS1則通過正調(diào)控DOGL4的表達(dá)來負(fù)調(diào)控種子休眠和ABA響應(yīng)，而ROS1的兩個(gè)同源基因DML2和DML3不參與調(diào)控DOGL4。該研究結(jié)果揭示了ROS1在調(diào)控基因印記和種子休眠方面的新功能和新機(jī)制。

      黃朝鋒研究員的博士畢業(yè)生朱海鳳、博士生謝文香和徐大超為該論文的共同第一作者，黃朝鋒和朱健康研究員是該論文的共同通訊作者。該研究受到了中科院植物逆境生物學(xué)研究中心、江蘇省杰出青年基金和中科院先導(dǎo)項(xiàng)目B的資助。

來源：植物科學(xué)最前沿（公眾號(hào)）