近日，南方科技大学前沿生物技术研究院院长朱健康院士团队在PNAS (Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America)杂志上发表了题为“Transgenerational increases in DNA methylation in Arabidopsis plants defective in active DNA demethylation”的研究成果，报道了在模式生物拟南芥中， DNA去甲基化酶ROS1突变导致基因组水平上DNA甲基化水平逐代升高。该发现揭示了ROS1在阻止随机形成的DNA甲基化的跨代遗传，维持表观基因组稳定中起重要的监控作用。这项研究将有助于我们理解基因组DNA甲基化的进化以及生存环境如何通过表观遗传对后代产生影响。

在正常和盐胁迫条件下，从单粒拟南芥种子连续繁殖10代（G1-G10），每一代创建了5个独立的株系。该研究系统比较了两个基因型（野生型和ros1突变体）和两种生长条件（正常和盐胁迫）下， DNA甲基化水平的跨代变化。结果显示，ros1突变体G10代平均DMC（Differentially Methylated Cytosine）数量和CG表观突变率（CG epimutation rate）均高于野生型2倍以上， 并且non-CG (CHG and CHH)-DMCs也高于野生型。野生型中甲基化升高的跨代DMC占总跨代DMC的比例大约50%，而在ros1突变体中这个比例要高出很多。这些结果表明主动DNA去甲基化控制DNA甲基化的跨代升高，从而维持表观基因组的稳定性。

图1 试验设计和跨代DMC分析

有趣的是，ros1突变体中跨代DMC并不是ROS1 常规的靶标区域。CG-DMRs （Differentially Methylated Regions）在 5个ros1突变体重复株系表现出一致的跨代DNA甲基化的变化，相比之下，野生型则较为随机。与跨代CG-DMCs变化趋势一致，ros1突变体中CG-DMRs多为甲基化升高的CG-DMRs （hyper-CG-DMRs），野生型和ros1突变体中甲基化升高的CG-DMRs占总CG-DMRs的比例分别是54%和99%。

图2 正常生长条件下野生型和ros1突变体跨代CG-DMCs表征

图3 正常生长条件下野生型和ros1突变体跨代CG-DMRs分析

该研究还发现，盐胁迫条件下，野生型和ros1突变体呈现类似于正常条件下的跨代CG-DMRs特征。显示了不同条件下主动去甲基化在维持跨代表观基因组稳定中的重要作用。由此该研究提出ROS1 是阻止随机DNA甲基化跨代遗传的一个重要监控因子。该成果为未来研究人类跨代表观遗传，基因组DNA甲基化进化及鉴定维持基因组DNA甲基化稳定跨代遗传的关键因子提供了线索。

朱健康团队2016届博士研究生唐恺为该论文的第一作者，朱健康教授和前沿生物技术研究院郎曌博教授为通讯作者。

论文链接：https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2320468121