轉(zhuǎn)座元件是指在基因組中能夠移動(dòng)或復(fù)制并重新整合到基因組新位點(diǎn)的DNA片段，它們對(duì)動(dòng)植物基因組的組成、進(jìn)化和基因表達(dá)具有重要影響。而在宿主基因組中，如果失去對(duì)轉(zhuǎn)座元件的有效抑制，這些元件將對(duì)基因表達(dá)和基因組的穩(wěn)定性構(gòu)成影響。水稻是主要的糧食作物同時(shí)也是重要的單子葉模式植物，其中存在著大量的轉(zhuǎn)座元件，迄今為止，對(duì)于水稻宿主基因組如何調(diào)節(jié)這些轉(zhuǎn)座元件還知之甚少。中科院遺傳發(fā)育所曹曉風(fēng)課題組及其合作者以水稻為材料，結(jié)合生化分析、全基因組染色質(zhì)免疫共沉淀分析及轉(zhuǎn)錄組學(xué)和分子生物學(xué)等研究手段，揭示了JMJ703這一表觀遺傳調(diào)控因子在調(diào)控反轉(zhuǎn)座子活性中的重要作用。

    利用細(xì)胞與生化分析，研究者發(fā)現(xiàn)JMJ703蛋白是水稻特異的組蛋白H3K4me3/2/1去甲基化酶，它能調(diào)節(jié)non-LTR類型反轉(zhuǎn)座子Karma及其N端缺失形式LINE1 的轉(zhuǎn)座活性。在jmj703突變體中，H3K4me3激活修飾的升高、DNA甲基化抑制降低，造成了Karma 轉(zhuǎn)錄升高和轉(zhuǎn)座激活。前期該課題組研究發(fā)現(xiàn)組蛋白H3K9甲基轉(zhuǎn)移酶SDG714參與LTR類型反轉(zhuǎn)座子Tos17的轉(zhuǎn)座，但在jmj703突變體中，Tos17并未發(fā)生轉(zhuǎn)座， Tos17位點(diǎn)的表觀遺傳修飾也未發(fā)生改變，說明Tos17不是JMJ703的靶標(biāo)。為何水稻中不同的組蛋白修飾分別調(diào)控Karma和Tos17這兩類反轉(zhuǎn)座子？研究者進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)，Karma和LINE1分別處于不同染色體上H3K4me3 較低的異染色質(zhì)區(qū)，而Tos17位于常染色質(zhì)區(qū)域。研究者提出水稻基因組對(duì)待不同染色質(zhì)微環(huán)境的轉(zhuǎn)座元件采用不同的表觀遺傳修飾，從而持續(xù)維持其沉默狀態(tài)，最終達(dá)到穩(wěn)定基因組的目的。

    水稻H3K4去甲基化酶對(duì)于轉(zhuǎn)座子的調(diào)控有重要作用。值得注意的是，人類多種疾病的發(fā)生與一類LINE元件的轉(zhuǎn)座相關(guān)。而人類染色體核型與水稻存在著相似性，即異染色質(zhì)在整個(gè)染色體上的散在分布，暗示著人類轉(zhuǎn)座元件的調(diào)控可能存在類似的機(jī)制，該項(xiàng)工作揭示了主動(dòng)去除表觀遺傳激活修飾與反轉(zhuǎn)座子沉默之間的內(nèi)在聯(lián)系，水稻中的研究對(duì)于人類腫瘤發(fā)生的機(jī)制提供了一個(gè)重要線索。

    該結(jié)果于1月14日在PNAS雜志在線發(fā)表。曹曉風(fēng)課題組的博士研究生崔勰奎為本論文的共同第一作者。該研究得到科技部重大研究計(jì)劃和國(guó)家自然科學(xué)基金委項(xiàng)目的資助。