当前位置:首页 >> 科研进展

破解微生物表观遗传系统相互影响和共同进化

来源:admin  浏览量:  更新时间:2017-04-14 15:02:23

4月11日,国际著名综合期刊《美国科学院院刊》(PNAS)在线发表了我院陈实教授课题组对微生物表观遗传的最新研究成果,解析了DNA磷硫酰化修饰与甲基化修饰两种代表性微生物表观遗传系统的相互影响。

论文题目为Convergence of DNA methylation and phosphorothioation epigenetics in bacterial genomes(《细菌基因组上DNA甲基化和磷硫酰化表观遗传修饰的汇聚》)。博士生陈超为第一作者,陈实教授为通讯作者。邓子新院士、王连荣、Peter Dedon参与该研究并给予了大力支持。该研究获得国家自然科学基金和973计划等项目资助。

DNA磷硫酰化修饰是目前唯一发生在DNA骨架上的生理修饰,能够与DndFGH组成一套限制-修饰系统增强宿主抵抗外源DNA入侵的能力;而DNA甲基化修饰则是发生在碱基上的代表性表观遗传系统,广泛参与限制-修饰、转录调控、肿瘤发生等生物学过程。这两套限制-修饰系统,能够对没有修饰的外源DNA识别并切割,因此对细菌抵御外来入侵、维持自身遗传稳定性至关重要。然而基因组成、修饰特征的显著差异使这两种表观遗传修饰系统一直被视作两条平行线。该研究证实这二种限制-修饰系统能够共享相同的DNA核心序列,产生d(GPS6mA) 磷硫酰-甲基化的杂合双修饰。通过单分子实时测序SMRT技术对甲基化和磷硫酰化修饰的分析,进一步深入揭示了两种修饰系统在基因组水平的相互影响。在体内条件下,细菌基因组上的磷硫酰化修饰位点可以被甲基化系统全部转化为杂合双修饰。随后的体外催化实验发现,DNA骨架的磷硫酰化修饰能够显著抑制后续甲基化修饰的效率;反之,DNA甲基化修饰也能干扰磷硫酰化限制-修饰系统,甲基化修饰能够替代DNA磷硫酰化修饰躲避DndFGH的限制作用。换言之,DNA甲基化与DndFGH可构成一套杂合的限制-修饰系统。

    噬菌体、外源DNA入侵是细菌面临的重大环境压力,因此进化过程中产生了CRISPR-Cas毒素-抗毒素等多种免疫防御系统,其中限制-修饰系统最为广泛。该研究回答了DNA 磷硫酰化与甲基化限制-修饰系统相互关系和相互作用这一重要科学问题。该研究展现出了微生物表观遗传和免疫防御体系的崭新一面,证明细菌限制-修饰系统之间存在着复杂的相互作用 — 不同系统为了相互适应而共同进化的可能性。这是在微生物表观遗传和生化药学领域取得的又一项重要成果。


   Figure 5

DNA甲基化和DNA磷硫酰化限制修饰系统间的相互作用


>>>论文连接:http://www.pnas.org/content/early/2017/04/06/1702450114.full