上海生科院发现调控种子印迹基因表达的新机制

图A：ape1l 和zdp双突变对种子发育的影响

1月8日，中国科学院上海生命科学研究院上海植物逆境生物学研究中心朱健康课题组与科尔多瓦大学合作研究发现，拟南芥主动去甲基化途径中的新组件APE1L蛋白不仅是DNA主动去甲基化途径中的一个新组分，还与DNA磷酸酶ZDP同样是胚乳中FWA及MEA基因印迹所必需的，对于种子的发育非常重要。相关论文在线发表在国际学术期刊Plos Genetics上。

基因印迹是一种非常重要的表观遗传学现象之一，可导致来自不同父母本中的等位基因只有一个表达而另一个不表达或表达量很少。受这种表观遗传机制调控的基因称为印迹基因。这些印迹基因在调控胚及其附属机构的发育、控制种子的大小、生殖隔离以及防止无性生殖上都发挥着关键的作用。植物印迹基因亲源差异表达的调控方式是当今表观遗传研究的重点和热点。在植物中，雌配子中央细胞中甲基化的印迹基因通过一种DNA糖激酶DME的作用实现去甲基化，而胚乳中父源等位基因则保持甲基化状态不改变。不同亲缘等位基因甲基化水平的差异由此建立。然而，胚乳中ROS1/DME调控通路中的下游作用蛋白尚未确定。

在该研究中，研究人员发现拟南芥中的APE1L是胚乳中FWA及MEA基因印迹所必需的，对于种子的发育非常重要。APE1L蛋白具有AP核酸内切酶活性，在ROS1和DME主动去甲基化通路的下游发挥作用。纯化的APE1L蛋白可以加工3’-PUA 末端产生3’-OH末端，从而使DNA聚合酶和连接酶活性能够填补DNA去甲基化过程中产生的缺口。APE1L在3’-PUA 末端到3’-OH末端的变化过程中，表现出弱的活性。ape1l突变体在数千个基因组区域中显示改变了的甲基化模式。DNA磷酸酶ZDP与ROS1相互作用，是ROS1激活DNA去甲基化途径中的为数不多的已知下游效应因子。该研究同时发现，ape1l+/−zdp−/−突变体是母系致死的，所引发的表型类似于dme突变引发的种子败育表型。在这种异常双突变种子胚乳中，甲基化的印迹基因FWA和MEA的表达水平降低。因此，在拟南芥中，APE1L不仅是DNA主动去甲基化通路中的一个新组件，同时还与ZDP一起参与了基因印迹的表观调控过程。

该工作得到中科院等项目的资助。