組蛋白修飾分工調控基因表達水平和基因表達噪音

　　基因表達過程依賴于轉錄因子、染色質調控因子和染色質等生物大分子在布朗運動過程中的隨機碰撞，因此，即使是基因型和分化類型完全相同的細胞在相同環境下也存在基因表達的差異，被稱為基因表達噪音。研究基因表達噪音，對研究干細胞增殖分化、個體發育、病原菌的抗藥性以及農作物的穩產有著重要的意義，而其在人類早期胚胎發育過程中的調節機制仍不清楚。

　　中國科學院遺傳與發育生物學研究所錢文峰研究組計算分析了人類胚胎的單細胞轉錄組數據，發現多種組蛋白修飾分別調控了基因表達水平和基因表達噪音。富集在啟動子附近的組蛋白修飾，如H3K4甲基化，主要調節基因的平均表達水平；而富集在基因編碼區的組蛋白修飾，如H3K79甲基化，可以降低基因表達噪音，即提高同類細胞間基因表達的一致性。敲除酵母細胞中H3K79甲基化酶，降低了H3K79甲基化修飾水平，同時觀察到靶基因在細胞間的表達差異升高。與以上發現相一致，對基因表達水平敏感的基因（如信號通路中的基因，必須基因，編碼蛋白質復合物的基因）主要受到基因編碼區組蛋白的修飾；而環境響應相關的基因主要富集了啟動子區域的組蛋白修飾。該研究揭示了組蛋白修飾在調控基因表達水平和基因表達噪音上的“分工”，為理解轉錄組進化提供了線索。

　　上述研究成果于6月30日在線發表于PLOS Computational Biology（DOI: 10.1371/journal.pcbi.1005585）。錢文峰研究組的博士研究生吳少歡和工程師李軻為該文章的共同第一作者，吳少歡和錢文峰為共同通訊作者。該研究得到了國家“973”項目的資助。