表观遗传学

来自中科院上海生命科学研究院，北京生命科学研究所，普渡大学等处的研究人员发现了模式植物拟南芥中的一个重要DNA甲基化调控因子：DTF1，由此揭示出了一种以DTF1中心的DNA甲基化负调控的新机制。这一研究成果公布在PNAS杂志上。

文章的通讯作者分别为中科院上海生科院的朱健康教授，以及北京生命科学研究所何新建研究员，朱健康教授现任中国科学院上海植物逆境生物学研究中心主任，美国国家科学院院士，普渡大学植物生物学教授，是植物抗逆分子生物学领域世界级领军人物之一，其及其领导的实验室在植物抗旱、耐盐与耐低温方面的研究硕果累累，在国内外享有声誉。同时他也是上海千人计划专家联谊会会长。

在基因组中除了DNA和RNA序列以外，还有许多调控基因的信息，它们虽然本身不改变基因的序列，但是可以通过基因修饰，蛋白质与蛋白质、DNA和其它分子的相互作用，而影响和调节遗传的基因的功能和特性，并且通过细胞分裂和增殖周期影响遗传，这就是表观遗传学（epigenetics）。

DNA甲基化就是一种重要的表观遗传修饰方式，它有助于维持基因组的稳定，使基因组中的可转座元件处于抑制的状态，它还可以参与基因表达的调控。在模式植物拟南芥中，DNA甲基化的建立主要依赖RNA介导的DNA甲基化途径，这种被称为RdDM的作用途径能通过植物特异性的DNA依赖性RNA聚合酶IV（PolIV），转录靶标序列，生成24-nt siRNA，启动功能。

研究显示，拟南芥DNA结合蛋白DTF1/SHH1能与PolIV相互作用，并且是24-nt siRNA积累和转录沉默作用所必需的因子，但是这种蛋白在RdDM途径中的功能目前还不清楚。在这篇文章中，研究人员就发现DTF1在大部分POL IV依赖性24-nt siRNAs积累过程中扮演了关键角色，而且这种蛋白也有助于POL IV依赖性从头DNA甲基化的修饰。

有趣的是，在这其中，有一组24-nt siRNA积累，但并不发生DNA甲基化修饰的RdDM靶位点，也是DTF1蛋白依赖性的。DTF1与染色质重塑蛋白CLASSY（CLSY1）直接作用，这两者均与Pol IV相关联，但是与Pol V没有关联，后者是RdDM效应复合物的下游效应因子。研究人员还发现DTF1和DTF2（类似DTF1的蛋白）都有一个称为SAWADEE的结构域，能特异性结合在组蛋白H3（H3K9）上。

这些研究结果表明，DTF1是RdDM途径中的一个核心成员，能与CLSY1相互作用，帮助召集Pol IV到RdDM靶位点上去，在这一位点上H3K9甲基化也许具有重要的特征。研究人员指出，在某些RdDM途径靶位点中，DTF1扮演了DNA甲基化负调控反馈的重要作用，这揭示出了一种以DTF1中心的DNA甲基化负调控的新机制。

表观遗传学是当前生命科学研究的热门领域。朱健康教授曾表示，植物表观遗传机理是当前研究热点，DNA甲基化、组蛋白修饰、非编码RNA等都是这一研究领域的焦点问题。

此前朱健康教授研究组曾在Nature杂志上发表文章，发现组蛋白H2B去泛素化（deubiquitination）在表观遗传DNA甲基化和异染色质沉默方面的调控作用，在DNA甲基化修饰与泛素化之间建立了新联系，为DNA甲基化修饰研究提出了新观点。

原文摘要：

DTF1 is a core component of RNA-directed DNA methylation and may assist in the recruitment of Pol IV

DNA methylation is an important epigenetic mark in many eukaryotic organisms. De novo DNA methylation in plants can be achieved by the RNA-directed DNA methylation (RdDM) pathway, where the plant-specific DNA-dependent RNA polymerase IV (Pol IV) transcribes target sequences to initiate 24-nt siRNA production and action. The putative DNA binding protein DTF1/SHH1 of Arabidopsis has been shown to associate with Pol IV and is required for 24-nt siRNA accumulation and transcriptional silencing at several RdDM target loci. However, the extent and mechanism of DTF1 function in RdDM is unclear. We show here that DTF1 is necessary for the accumulation of the majority of Pol IV-dependent 24-nt siRNAs. It is also required for a large proportion of Pol IV-dependent de novo DNA methylation. Interestingly, there is a group of RdDM target loci where 24-nt siRNA accumulation but not DNA methylation is dependent on DTF1. DTF1 interacts directly with the chromatin remodeling protein CLASSY 1 (CLSY1), and both DTF1 and CLSY1 are associated in vivo with Pol IV but not Pol V, which functions downstream in the RdDM effector complex. DTF1 and DTF2 (a DTF1-like protein) contain a SAWADEE domain, which was found to bind specifically to histone H3 containing H3K9 methylation. Taken together, our results show that DTF1 is a core component of the RdDM pathway, and suggest that DTF1 interacts with CLSY1 to assist in the recruitment of Pol IV to RdDM target loci where H3K9 methylation may be an important feature. Our results also suggest the involvement of DTF1 in an important negative feedback mechanism for DNA methylation at some RdDM target loci

作者简介：

朱健康教授

1987年 毕业于中国农业大学土化系
1990年 取得加州大学河畔分校植物学硕士学位
1993年 获得普渡大学植物生理学博士学位
1993－－1996朱健康随后任教于纽约市洛克斐勒大学与阿拉巴马州奥本大学，教授植物生物学
1996年 转赴亚利桑那大学吐桑分校任教，2000年成为该校植物学系教授

现任美国加州大学河滨分校教授，整合基因研究所所长，兼任国际著名学术刊物《Plant Physiology》、《Plant Molecular Biology》副主编。朱健康教授为植物抗逆分子生物学领域世界级领军人物之一，其及其领导的实验室在植物抗旱、耐盐与耐低温方面的研究硕果累累，在国内外享有声誉，他的实验室已在《Cell》、《Science》、《Gene&Development》、《Plant Cell》、PNAS等国际著名学术刊物发表论文40余篇。