何新建等擬南芥葉酸多聚谷氨酰基化研究獲進展

　　2013年7月23日，北京生命科學研究所何新建實驗室在《The Plant Cell》雜志在線發表題為“Folate polyglutamylation is involved in chromatin silencing by maintaining global DNA methylation and histone H3K9 dimethylation in Arabidopsis”的論文。該論文報道了模式植物擬南芥中的葉酸多聚谷氨酰基化在維持DNA和組蛋白甲基化以及染色質沉默過程中的作用。

　　DNA甲基化是植物和其它真核生物中的抑制性染色質修飾方式，使染色質處于轉錄沉默狀態。何新建實驗室的研究發現，擬南芥中的葉酰聚谷氨酸合成酶 FPGS1是維持基因組DNA甲基化所必需的。在fpgs1突變體中，擬南芥基因組DNA甲基化的總體水平明顯下降，這激活了基因組上本來處于轉錄抑制狀態的可轉座元件。用過量的甲酰四氫葉酸對fpgs1突變體進行處理，能夠使fpgs1突變體的DNA甲基化恢復到接近野生型的水平，并進而恢復可轉座元件的轉錄抑制狀態。DNA的甲基化反應中，甲基供體S-腺苷甲硫氨酸(SAM)將甲基轉給DNA或組蛋白，產生S-腺苷同型半胱氨酸(SAH)，SAH可以脫去腺苷生成同型半胱氨酸(Hcy)。該研究發現，fpgs1突變體中的SAM的含量與野生型相比沒有明顯變化，而SAH和 Hcy的含量在fpgs1突變體中顯著升高。作為與SAM競爭的甲基化酶的抑制子， SAH含量的升高可能影響了SAM與DNA甲基化酶的結合，干擾甲基化酶的正常功能，從而引起fpgs1突變體中DNA甲基化水平顯著降低。該研究還發現， fpgs1突變體中的組蛋白H3K9二甲基化的總體水平也明顯降低，而所檢測的其它組蛋白甲基化形式的水平沒有明顯變化。由于DNA甲基化和組蛋白 H3K9二甲基化都是抑制性的染色質修飾方式，并且它們之間存在偶聯機制，因此，fpgs1對組蛋白H3K9二甲基化的影響可能是通過影響DNA甲基化間接引起的。該研究表明葉酰聚谷氨酸合成酶FPGS1對DNA甲基化和組蛋白H3K9二甲基化的影響是通過調控一碳代謝途徑實現的。該研究加深了我們對植物代謝、發育和表觀遺傳調控之間相互作用關系的認識。

　　北京生命科學研究所何新建實驗室的博士生周豪然和實驗員張芳芳是論文的共同第一作者。論文的其它作者還包括何新建實驗室的博士后馬澤陽博士，北京生命科學研究所核酸測序中心的蔡濤博士和黃煥偉，上海生命科學院逆境生物學研究中心的朱健康博士，中國農業科學院生物技術研究所的張春義博士和姜凌博士。何新建博士是該論文的通訊作者。該研究在北京生命科學研究所完成，得到科技部和北京市政府的資助。