7月6日，國際學(xué)術(shù)期刊PNAS 在線發(fā)表了中國科學(xué)院上海生命科學(xué)研究院上海植物逆境生物學(xué)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(shì)形成的主要表觀遺傳因子。

　　雜種優(yōu)勢(shì)是一種普遍而重要的生物學(xué)現(xiàn)象，指遺傳結(jié)構(gòu)不同的兩個(gè)群體雜交所產(chǎn)生的子代在生長勢(shì)、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(shì)機(jī)制解析一直是國內(nèi)外植物科學(xué)研究的重點(diǎn)和熱點(diǎn)，但迄今為止，未能全面解析其復(fù)雜的分子作用機(jī)制。近年來，鑒于DNA甲基化對(duì)基因表達(dá)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(shí)也發(fā)現(xiàn)F1代中的RNA介導(dǎo)的DNA甲基化（RdDM）路徑標(biāo)志性24nt siRNA水平也高于親本。因此，人們推測(cè)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(shí)對(duì)雜種優(yōu)勢(shì)的產(chǎn)生發(fā)揮重要作用。但此推測(cè)正確與否，一直缺乏有效的實(shí)驗(yàn)證據(jù)。

　　朱健康課題組利用表觀遺傳基因組學(xué)手段，并開發(fā)出一種新算法，在雜種中鑒定出將近3000個(gè)甲基化相互作用的區(qū)域，該區(qū)域不但包含了數(shù)百個(gè)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(gè)位于非DMRs的區(qū)域。進(jìn)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(jìn)一步揭示RdDM途徑對(duì)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(gè)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(jìn)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(shì)(B)，說明RdDM并沒有參與到擬南芥雜種優(yōu)勢(shì)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(shì)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(shì)的形成，為今后進(jìn)一步解析雜種優(yōu)勢(shì)的表觀遺傳調(diào)控機(jī)制提供了重要線索。

　　該工作得到了中科院等經(jīng)費(fèi)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(shì)的表現(xiàn)。