Nature發布表觀遺傳重要發現

日期：2015-09-11 09:15:57

營養繁殖是無性繁殖的一種形式，常用于商業化大規模生產園林植物和樹，因為它能夠實現高性能、基因相同個體的快速繁殖。然而對于某些物種，營養繁殖有著嚴苛的要求，需要技術先進的無菌培養來生成可以發育為苗木的克隆胚胎。而有一部分以這種方式繁殖的植物會因遺傳變異或表觀遺傳改變顯示出發育異常。

在9月9日的《自然》（Nature）雜志上的一篇研究論文，一個多國研究團隊揭示在油棕櫚（oil palm）中特異性喪失附著在一個特殊DNA區域上的甲基基團可導致一種培養誘導的表觀遺傳缺陷。

種植于東亞地區的高產油棕櫚品種是通過組織培養技術，即利用葉子的特殊部分再生植物而進行繁殖。這種遺傳相同的無性系油棕櫚樹被供應給種植園。然而，一些被稱作為“mantled”油棕櫚的植物會生長出異常的花朵，產油極少。然而小油棕櫚需要數年的精心照顧才會開始結果，只有到那時才可以檢測出異常。

由于棕櫚油被廣泛用作為家居用品、食品和化妝品，這種mantled缺陷是一種嚴重的經濟問題。因此，研究人員對這一性狀的遺傳方式進行了深入研究。這種缺陷油棕櫚并不遵循孟德爾遺傳規律，表明這一缺陷并非由于基因突變所引起，而是基因表達表觀遺傳改變所致。不幸的是，確切描繪出表觀遺傳改變遠比遺傳損傷要難得多。

甲基化是一種非常常見的表觀遺傳機制。給指定基因或其鄰近區域內的DNA雙螺旋添加或是除去甲基團(CH3)，可導致該基因的表達增高、降低或甚至完全阻止基因表達。利用微陣列揭示幾個具有重要商業價值的油棕櫚無性系品種基因組內的甲基化，冷泉港實驗室(CSHL) Robert A. Martienssen教授和同事們找到了一個基因組位點，在這一位點喪失甲基“標簽”與一個mantled油棕櫚相關基因相對應。

研究中探討的這一油棕櫚基因是金魚草植物DEFICIENS基因的等同物。研究小組將油棕櫚中的這一基因重新命名為MANTLED。這一基因幫助決定了性器官的命運，當其突變時可導致雄性（而非雌性）器官發育。在油棕櫚MANTLED內有一個反轉錄轉座子。它是在所有生命形式某些基因內潛伏無數基因組入侵物之一。這種最早是在水稻中發現的特殊入侵物被命名為karma。

Martienssen和同事們發現在mantled油棕櫚中，karma反轉錄轉座子的剪接位點喪失了存在于健康植物中的一種甲基標志。Karma定位在MANTLED的一個內含子中。當這一剪接位點處于非甲基化狀態時，基因無法利用正常的外顯子來剪接內含子，而是轉而利用了karma。這一基因的RNA信息編碼了一種突變蛋白，其導致植物生成無價值的果實。研究小組開玩笑地將這一缺陷基因信息稱作壞karma。在正常發育、生成健康果實的油棕櫚樹種，karma剪接位點總是存在這一甲基標志，其生成了正確的、研究小組稱之為好karma的基因信息。