武汉大学最新《PNAS》文章

作者：张馨予

来自武汉大学药学院等处的研究人员发表了题为“Convergence of DNA methylation and phosphorothioation epigenetics in bacterial genomes”的文章，解析了细菌基因组上DNA甲基化和磷硫酰化表观遗传修饰如何汇集在一起，影响微生物细胞中的协同进化与互作。

这一研究成果公布在PNAS杂志上，首次揭示了两种截然不同的表观遗传修饰---DNA磷硫酰化修饰（简称硫修饰）和甲基化修饰在微生物细胞中的协同进化与互作。这是武汉大学药学院陈实教授研究组取得的微生物表观遗传学领域的最新研究成果，此前这一研究组在DNA硫修饰及相关领域获得的研究成果相继发表于Nature Communications，Nucleic Acids Research等期刊。

除DNA甲基化之外，细菌DNA的硫修饰也是细菌抵御外源限制性所装备的另一套全新的细胞防卫机制，然而彼此所防御的限制性是完全独立的。它们都能增强细菌抵抗外源DNA入侵的能力，但DNA甲基化修饰发生在碱基上，而DNA硫修饰则发生在DNA骨架上。两者具有截然不同的基因组成、修饰特征，此前的研究中尚未发现它们存在相互影响。

在这篇文章中，研究人员从探索甲基化与硫修饰的共享位点入手，结合体外实验清晰证实这两种截然不同的表观遗传修饰系统之间的协同与关联性，彼此既可以共享相同的DNA核心序列，产生硫修饰-甲基化的杂合双修饰，又彼此干扰或互相帮助。如果DNA先发生磷硫酰化修饰，则后续甲基化修饰的效率会受到显著抑制；反之，甲基化修饰能够替代DNA硫修饰行使相应的保护或防御功能。

细菌为抵御噬菌体或外源DNA的入侵常进化产生像CRISPR-Cas、毒素-抗毒素等多种免疫防御系统，限制-修饰是最为广泛应用的防御系统。该研究所展示的DNA 硫修饰与甲基化修饰之间复杂又合作的相互关系，展现出微生物表观遗传和免疫防御体系的崭新一面，证明细菌不同限制-修饰系统之间为了相互适应而共同进化的本质，可能构成生命体更强劲的生命力，是微生物表观遗传学领域的一项新的重要成果。