7月6日，國際學術(shù)期刊PNAS 在線發(fā)表了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研究組題為Methylation interactions in Arabidopsis hybrids require RNA-directed DNA methylation and are influenced by genetic variation 的研究論文。該研究以模式植物擬南芥為研究材料，發(fā)現(xiàn)了RdDM 路徑在F1雜交一代的DNA 甲基化相互作用中起到關(guān)鍵作用，并首次明晰該途徑所產(chǎn)生的DNA甲基化并不是調(diào)控雜種優(yōu)勢形成的主要表觀遺傳因子。

　　雜種優(yōu)勢是一種普遍而重要的生物學現(xiàn)象，指遺傳結(jié)構(gòu)不同的兩個群體雜交所產(chǎn)生的子代在生長勢、生活力、繁殖力、適應(yīng)性以及產(chǎn)量、品質(zhì)等性狀方面超過雙親的現(xiàn)象，已被廣泛應(yīng)用到作物育種中。植物雜種優(yōu)勢機制解析一直是國內(nèi)外植物科學研究的重點和熱點，但迄今為止，未能全面解析其復(fù)雜的分子作用機制。近年來，鑒于DNA甲基化對基因表達調(diào)控的重要作用，DNA甲基化狀態(tài)在雜種與親本的變化和雜種表現(xiàn)的關(guān)系受到越來越多的關(guān)注。目前的研究表明雜種中DNA甲基化水平明顯高于親本，同時也發(fā)現(xiàn)F1代中的RNA介導的DNA甲基化（RdDM）路徑標志性24nt siRNA水平也高于親本。因此，人們推測RdDM途徑可能參與了雜種DNA甲基化模式和水平的調(diào)控，同時對雜種優(yōu)勢的產(chǎn)生發(fā)揮重要作用。但此推測正確與否，一直缺乏有效的實驗證據(jù)。

　　朱健康課題組利用表觀遺傳基因組學手段，并開發(fā)出一種新算法，在雜種中鑒定出將近3000個甲基化相互作用的區(qū)域，該區(qū)域不但包含了數(shù)百個前人已經(jīng)鑒定的、存在于親本間甲基化差異的區(qū)域（differentially methylated regions, DMRs）的甲基化相互作用區(qū)域，而且有最新鑒定的2000多個位于非DMRs的區(qū)域。進一步研究發(fā)現(xiàn)，發(fā)生甲基化相互作用的區(qū)域富集了大量的siRNA。因此為了進一步揭示RdDM途徑對DNA甲基化模式與水平的作用，研究人員構(gòu)建了調(diào)控RdDM途徑的2個關(guān)鍵基因NRPD1和NRPE1的雙突變體nrp1 nrpe1親本，并獲得了nrp1 nrpe1的F1雜交子代。研究發(fā)現(xiàn)，以上鑒定到的甲基化相互作用區(qū)域在nrp1 nrpe1的F1代中不再發(fā)生相互作用(A)，表明RdDM是甲基化相互作用的主要調(diào)控因子。進一步分析發(fā)現(xiàn)，nrp1 nrpe1雙突變的F1代依然保持著雜種優(yōu)勢(B)，說明RdDM并沒有參與到擬南芥雜種優(yōu)勢的調(diào)控中。該研究表明，盡管RdDM途徑是植物DNA甲基化產(chǎn)生的主要途徑，RdDM途徑在雜種DNA甲基化模式與水平變化中起到重要的調(diào)控作用，但卻不是調(diào)控雜種優(yōu)勢產(chǎn)生的表觀遺傳修飾因子。該發(fā)現(xiàn)首次明晰了DNA甲基化不能顯著調(diào)控雜種優(yōu)勢的形成，為今后進一步解析雜種優(yōu)勢的表觀遺傳調(diào)控機制提供了重要線索。

　　該工作得到了中科院等經(jīng)費的支持。

A. RdDM路徑突變后甲基化相互作用消失；B. RdDM路徑突變后不能顯著改變雜種優(yōu)勢的表現(xiàn)。