南京農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院張文利課題組在水稻非B型DNA二級(jí)結(jié)構(gòu)的鑒定及功能分析方面取得新進(jìn)展

　　近日，南京農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院張文利課題組在Nucleic Acids Research上發(fā)表了題為“Genome-wide characterization of i-motifs and their potential roles in the stability and evolution of transposable elements in rice”的研究論文。該研究首次通過(guò)發(fā)展iM-IP-seq方法，在全基因組水平鑒定了水稻DNA i-motif（intercalated motif，iM）位點(diǎn)的分布，揭示了其序列特征；研究了該結(jié)構(gòu)與DNA胞嘧啶甲基化的關(guān)系以及對(duì)轉(zhuǎn)座子活性的影響。

 

　　生物體基因組中，除了典型的DNA右手雙螺旋（B型）結(jié)構(gòu)外，還存在多種非B型DNA二級(jí)結(jié)構(gòu)，如R-loop、G-quadruplex（G4）和i-motif等。越來(lái)越多的研究結(jié)果表明，非B型DNA二級(jí)結(jié)構(gòu)蘊(yùn)藏著重要的調(diào)控信息，通過(guò)二級(jí)結(jié)構(gòu)的形成和打開(kāi)快速響應(yīng)體內(nèi)外環(huán)境信號(hào)變化并參與一系列重要的生物學(xué)過(guò)程。i-motif富含胞嘧啶（C）序列，在人和動(dòng)植物基因組中普遍存在。近年來(lái)，相關(guān)研究結(jié)果表明，i-motif在維持人基因組結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性、DNA復(fù)制、基因轉(zhuǎn)錄和翻譯等多種生物學(xué)過(guò)程中發(fā)揮著重要的作用。特別是，i-motif普遍存在于人癌癥基因啟動(dòng)子區(qū)，與癌癥基因的表達(dá)密切相關(guān)，從而為藥物基因組學(xué)提供了一類新型的抗癌靶點(diǎn)。因此，i-motif生物學(xué)功能研究已成為人和動(dòng)物調(diào)控基因組學(xué)一個(gè)新的研究熱點(diǎn)。但迄今為止，i-motif的組學(xué)研究以及它在植物基因組中的生物學(xué)功能等未見(jiàn)詳細(xì)報(bào)道。

 

　　該研究基于特異識(shí)別i-motif的iMab抗體，成功發(fā)展了iM-IP-seq組學(xué)方法，通過(guò)免疫沉淀反應(yīng)并結(jié)合二代測(cè)序方法，繪制了水稻i-motif分布圖譜。發(fā)現(xiàn)水稻基因組中，i-motif主要分布于啟動(dòng)子、5'UTR區(qū)域。部分i-motif分布于開(kāi)放染色質(zhì)區(qū)，具有潛在的調(diào)控元件功能。

 

　　通過(guò)進(jìn)一步解析DNA甲基化對(duì)i-motif結(jié)構(gòu)形成的影響，本研究發(fā)現(xiàn)，i-motif的DNA甲基化水平較低，但適度DNA甲基化有利于i-motif穩(wěn)定性，并且DNA甲基化對(duì)i-motif穩(wěn)定性的影響與胞嘧啶甲基化的程度和位置有關(guān)，兩者之間表現(xiàn)出一種較為復(fù)雜的關(guān)系。

　　結(jié)合栽培稻亞種、野生稻轉(zhuǎn)座子數(shù)據(jù)及DNA甲基化數(shù)據(jù)，本研究發(fā)現(xiàn)，活躍的轉(zhuǎn)座子中形成i-motif結(jié)構(gòu)的潛力較高，同時(shí)伴隨著CG和CHG的低甲基化。這暗示著i-motif與DNA甲基化共同影響轉(zhuǎn)座子的遺傳穩(wěn)定性。

　　該研究提供了一種在全基因組水平鑒定i-motif的組學(xué)新方法，將有助于系統(tǒng)研究i-motif的序列特征、表觀修飾及其生物學(xué)功能，從而為植物基因表達(dá)調(diào)控提供一種新的研究思路。

 

　　南京農(nóng)業(yè)大學(xué)碩士生馬星和鐘山青年研究員馮逸龍博士為共同第一作者，張文利教授為通訊作者。南京農(nóng)業(yè)大學(xué)王秀娥教授、程雪嬌副教授以及研究生陶申童、楊瑩及史依寧；蘇州大學(xué)黃健教授；中國(guó)科學(xué)院亞熱帶農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所陳彩艷研究員和研究生李昕以及法國(guó)UBFC Dijon分子化學(xué)研究所David Monchaud博士等對(duì)本研究也作出了重要貢獻(xiàn)。該研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金（32070561，U20A2030）的資助；同時(shí)感謝南京農(nóng)業(yè)大學(xué)作物遺傳與種質(zhì)創(chuàng)新國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室及南京農(nóng)業(yè)大學(xué)生物信息學(xué)研究中心為本研究提供的支持。