上海生科院發現調控種子印跡基因表達的新機制

圖A：ape1l 和zdp雙突變對種子發育的影響

圖B：APE1L蛋白調控擬南芥中DNA主動去甲基化途徑的工作模型

　　1月8日，中國科學院上海生命科學研究院上海植物逆境生物學研究中心朱健康課題組與科爾多瓦大學合作研究發現，擬南芥主動去甲基化途徑中的新組件APE1L蛋白不僅是DNA主動去甲基化途徑中的一個新組分，還與DNA磷酸酶ZDP同樣是胚乳中FWA及MEA基因印跡所必需的，對于種子的發育非常重要。相關論文在線發表在國際學術期刊Plos Genetics上。

　　基因印跡是一種非常重要的表觀遺傳學現象之一，可導致來自不同父母本中的等位基因只有一個表達而另一個不表達或表達量很少。受這種表觀遺傳機制調控的基因稱為印跡基因。這些印跡基因在調控胚及其附屬機構的發育、控制種子的大小、生殖隔離以及防止無性生殖上都發揮著關鍵的作用。植物印跡基因親源差異表達的調控方式是當今表觀遺傳研究的重點和熱點。在植物中，雌配子中央細胞中甲基化的印跡基因通過一種DNA糖激酶DME的作用實現去甲基化，而胚乳中父源等位基因則保持甲基化狀態不改變。不同親緣等位基因甲基化水平的差異由此建立。然而，胚乳中ROS1/DME調控通路中的下游作用蛋白尚未確定。

　　在該研究中，研究人員發現擬南芥中的APE1L是胚乳中FWA及MEA基因印跡所必需的，對于種子的發育非常重要。APE1L蛋白具有AP核酸內切酶活性，在ROS1和DME主動去甲基化通路的下游發揮作用。純化的APE1L蛋白可以加工3’-PUA 末端產生3’-OH末端，從而使DNA聚合酶和連接酶活性能夠填補DNA去甲基化過程中產生的缺口。APE1L在3’-PUA 末端到3’-OH末端的變化過程中，表現出弱的活性。ape1l突變體在數千個基因組區域中顯示改變了的甲基化模式。DNA磷酸酶ZDP與ROS1相互作用，是ROS1激活DNA去甲基化途徑中的為數不多的已知下游效應因子。該研究同時發現，ape1l+/?zdp?/?突變體是母系致死的，所引發的表型類似于dme突變引發的種子敗育表型。在這種異常雙突變種子胚乳中，甲基化的印跡基因FWA和MEA的表達水平降低。因此，在擬南芥中，APE1L不僅是DNA主動去甲基化通路中的一個新組件，同時還與ZDP一起參與了基因印跡的表觀調控過程。

　　該工作得到中科院等項目的資助。