長期以來，人們普遍認為作為有機體發(fā)育關鍵步驟的甲基化只是靜態(tài)地DNA修飾，不會隨環(huán)境條件變化而改變。Salk生物研究所的研究人員發(fā)現(xiàn)，處于逆境下植物的DNA甲基化模式會發(fā)生變化，從而改變對基因的調(diào)控。

科學家發(fā)現(xiàn)植物遭遇致病菌后，其表觀遺傳學密碼會發(fā)生廣泛的大量改變，DNA中的表觀遺傳學密碼是協(xié)助調(diào)控基因表達一種指令信息。研究顯示，這些表觀遺傳學改變與負責調(diào)控植物脅迫應答的基因活性有關，這說明表觀基因組能幫助植物對致病菌和其他環(huán)境脅迫產(chǎn)生抗性。文章發(fā)表在Proceedings of the National Academy of Sciences雜志上。

“這意味著表觀基因組并不只是一種靜態(tài)指令，這種指令也能根據(jù)植物的經(jīng)歷進行重寫，”該研究的領導者，Salk生物研究所基因組分析實驗室的Joseph Ecker教授說?！拔覀兊难芯恳约捌渌芯空叩陌l(fā)現(xiàn)共同證明，生活經(jīng)歷會給DNA打下印記?！?/SPAN>

Ecker及其同事對DNA甲基化調(diào)控擬南芥免疫系統(tǒng)的機制進行了研究。甲基化參與抑制整合到基因組中的“跳躍基因”轉座子的表達。研究人員在Illumina平臺上進行了全基因組測序，發(fā)現(xiàn)在植物應對細菌感染的過程中，出現(xiàn)了大量甲基化修飾的改變。隨后他們進行了大量分析來分析這些甲基化改變調(diào)節(jié)基因表達的機制。

“此前的研究顯示，有一些基因的表達與脅迫應答中甲基化改變有關，”文章第一作者Robert Dowen說?！岸覀兊难芯堪l(fā)現(xiàn)，植物的脅迫應答引發(fā)了大量的甲基化修飾改變，從而幫助植物抵御入侵的致病菌?！?/SPAN>

為了限制感染的致病菌生長，植物采用了一系列復雜的防御機制，激活多種激素信號來改變基因表達的網(wǎng)絡。Salk研究所的研究成果與其他一些近期研究一致，顯示植物的這些細胞防御應答通過DNA甲基化機制控制基因表達的網(wǎng)絡。這些遺傳物質(zhì)的表觀遺傳學改變，包括DNA甲基化模式的改變和組蛋白的修飾（組蛋白在基因調(diào)節(jié)中具有關鍵作用），可以不改變DNA序列而對基因表達進行調(diào)控。此外，siRNA分子與DNA甲基化密切相關，尤其siRNA指導著對跳躍基因的甲基化過程。令研究者們感到驚訝的是，當植物被致病菌感染激活了特定轉座子時，這些siRNA的水平也發(fā)生了改變。上述發(fā)現(xiàn)說明在脅迫應答中植物的表觀基因組會發(fā)生變化。

Salk研究所的這項發(fā)現(xiàn)對農(nóng)業(yè)具有廣泛的意義，能引導人們對植物的DNA甲基化模式進行改造，產(chǎn)生抗病植株減少殺蟲劑的使用。每年，致病菌造成一年生作物損失了30-40%，經(jīng)濟損失高達約五千億美元，這種基因工程改造技術的應用將引起各界的強烈興趣。

《植物生理學Plant Physiology》最近發(fā)表了一項研究指出環(huán)境條件的記憶能傳遞到下一代，即遭遇過致病菌的親本植物，其子代體內(nèi)天生就具備相應的防御機制?！叭藗儾⒉涣私膺@一現(xiàn)象，但它引起了科學家廣泛的興趣并成為了這一領域的研究熱點，”Dowen說。“我們的發(fā)現(xiàn)提供了一個研究框架，研究者們可以進行直接檢測，看我們觀察到的甲基化改變是否從親本傳遞給了子代，或者也可以對人類細胞進行研究看是否也存在類似機制?！?/SPAN>