目前，印第安那大學（IU）的科學家們解開了現(xiàn)代遺傳學的一個謎團：獲得性狀如何在一個稱為表觀遺傳信息傳遞（epigenetic inheritance，通過有絲分裂或減數(shù)分裂來傳遞非 DNA 序列遺傳信息的現(xiàn)象）的過程中世代傳遞？這項研究發(fā)現(xiàn)，根據(jù)DNA中的信息，細胞并不知道該沉默哪些基因，但是它們能識別添加到基因中的化學遺傳標記。這些化學標簽起分子記憶的作用，使細胞能夠識別基因，并記住它們，在新的世代中再次沉默它們。

由IU生物學家和生物化學家Craig Pikaard帶領的一個研究小組完成的這些研究成果，為植物細胞如何知道在每一世代中沉默一個遺傳位點，提供了重要的新見解。相關研究結果發(fā)表在2014年3月20日的《分子》（Molecular Cell）雜志。

細胞并不依賴內在的DNA序列信息，而是通過依賴DNA和蛋白質復合物（稱為染色質）上的化學標記，來沉默特定的位點。常見的染色質化學修飾方式有甲基化-去甲基化，乙?；?/span>-去乙?；?，磷酸化-去磷酸化等等。

使染色質標記永久存在的能力，其實充當一種表觀遺傳記憶的形式，使沉默位點具有識別性，這是細胞將機器傳遞給位點所需要的一種預先設定的狀態(tài)，其在一個多步驟過程（稱為RNA指導的DNA甲基化，RdDM）中完成了基因沉默。RdDM包括短的干擾RNA（siRNA），siRNA是24核苷酸長的小RNA分子，可指導甲基原子團添加到匹配的DNA鏈，最終使基因不起作用。

Pikaard說：“重要的是，這項工作表明，沉默位點識別對于基因沉默必不可少。我們發(fā)現(xiàn)，表觀遺傳信息傳遞是一個兩步驟過程，這兩個獨立的步驟一起引起了沉默狀態(tài)的表觀遺傳信息傳遞。”

科學家們之所以對表觀遺傳信息傳遞感興趣，是因為它是一個重要的過程，在這個過程中發(fā)生的基因功能的可遺傳修飾是必不可少的，而生物體DNA堿基序列沒有發(fā)生變化。某些疾病如癌癥，偶爾發(fā)生在一個人的一生中，越來越多人認為其具有一個表觀遺傳基礎。

Pikaard指出，這項新工作不僅對表觀遺傳信息傳遞的機制提出了新的見解，這是遺傳學和染色體生物學領域一個廣泛關注的話題，而且還有助于解釋兩種植物特異基因沉默酶——RNA 聚合酶Pol IV和Pol V——的招募基礎，在1999年，Pikaard首先發(fā)現(xiàn)了這兩種酶。

研究人員檢測和鑒定了脫乙?；?/span>6（HDA6）——去除組蛋白乙?；囊环N酶，和甲基化轉移酶MET1之間的關系，他們發(fā)現(xiàn)，這兩種酶在維持甲基化中的伙伴關系，可以解釋導致沉默位點識別的表觀遺傳記憶永久性。

Pikaard說：“總的來說，我們的研究結果表明，通過HDA6和MET1，沉默位點識別可在世代之間延續(xù)相傳。這些活動不足以沉默位點，但是能保持一種染色質狀態(tài)，這是Pol IV招募、siRNA生物合成和RdDM所必需的。”

當研究人員在模式植物擬南芥（Arabidopsis thaliana）的Pol IV和Pol V突變株中去除RdDM通路后，所有基因沉默都消失，但是沉默位點識別仍然存在。然后他們將HDA6和指定沉默位點識別的MET1依賴性過程去除，沉默位點識別所需的表觀遺傳記憶消失，并無法恢復。