Nature子刊报道第三种新的表观遗传标记：以前只在细菌中发现

表观遗传标记是对DNA碱基的修改，它不会改变潜在的遗传密码，但会在其上“写”额外的信息，可以与你的基因组一起遗传。表观遗传标记通常调节基因表达——打开或关闭基因——尤其是在早期发育或身体处于压力下。它们还可以抑制“跳跃基因”——威胁基因组完整性的转座因子。

在人类和其他真核生物中，已知有两种主要的表观遗传标记。海洋生物实验室(MBL)的一个小组在蛭形轮虫(一种小型淡水动物)身上发现了第三种新的表观遗传标记——以前只在细菌中知道。本周，《自然通讯》(Nature Communications)杂志报道了这一重要而惊人的发现。

“我们早在2008年就发现蛭形轮虫非常善于捕捉外来基因，”资深作者Irina Arkhipova说，她是MBL约瑟芬湾保罗中心的资深科学家。“我们在这里发现的是，大约6000万年前，轮虫意外捕获了一种细菌基因，使它们引入了一种以前不存在的新的表观遗传标记。”这是第一次一个水平转移的基因被证明在真核生物中重塑基因调控系统。

Arkhipova说:“这很不寻常，以前从未报道过。”“水平转移的基因被认为是操作基因，而不是调控基因。很难想象一个单一的、水平转移的基因如何形成一个新的调控系统，因为现有的调控系统已经非常复杂。”

“这几乎令人难以置信，”阿尔希波娃实验室的研究科学家、共同第一作者伊琳娜·尤舍诺娃(Irina Yushenova)说。“试着想象一下，在过去的某个时候，一块细菌DNA碰巧与一块真核生物DNA融合在一起。它们都加入了轮虫的基因组，并形成了一种功能性酶。这并不容易做到，即使是在实验室里，这是自然发生的。然后这个复合酶创造了这个神奇的调节系统，蛭形轮虫开始使用它来控制所有这些跳跃的转座子。这就像魔法。”

“你不希望转座子在你的基因组中四处跳跃，”第一作者费尔南多·罗德里格斯(Fernando Rodriguez)说，他也是Arkhipova实验室的研究科学家。“他们会把事情搞砸，所以你要控制他们。而实现这一目标的表观遗传系统在不同的动物身上是不同的。在这种情况下，从细菌到蛭形轮虫的水平基因转移创造了动物新的表观遗传系统，这是以前没有描述过的。”

“尤其是蛭形轮虫，必须控制它们的转座子，因为它们主要是无性繁殖的，”Arkhipova说。“无性血统在抑制有害转座子增殖方面手段较少，所以增加一层额外的保护可以防止突变的崩溃。事实上，蛭形体中的转座子含量比有性真核生物中的要低得多，有性真核生物的基因组防御系统中没有这种额外的表观遗传层。”

在真核生物中已知的两种表观遗传标记中，甲基被添加到DNA碱基中，要么是胞嘧啶，要么是腺嘌呤。该团队新发现的标记也是胞嘧啶修饰，但甲基的位置与细菌相似——本质上概括了20多亿年前的进化事件，当时早期真核生物中出现了传统的表观遗传标记。

蛭形轮虫是一种极具适应力的动物，正如MBL的Arkhipova和David Mark Welch实验室多年来发现的那样。它们可以在几周或几个月的时间里完全干燥，然后在有水的时候恢复生机。在干燥阶段，它们的DNA会分解成许多碎片。Arkhipova说:“当它们重新补水或以其他方式使它们的DNA末端易于接近时，这可能是一个机会，让外来的DNA片段从摄入的细菌、真菌或微藻转移到轮虫的基因组中。”他们发现，轮虫大约10%的基因组来自非后生动物。

尽管如此，Arkhipova实验室惊讶地发现轮虫基因组中有一种基因类似于细菌甲基转移酶(甲基转移酶催化甲基基团向DNA的转移)。阿尔希波娃说:“我们假设这个基因赋予了这种抑制转座子的新功能，我们花了过去6年的时间来证明，确实如此。”

现在要知道在轮虫身上发现这种新的表观遗传系统可能意味着什么还为时过早。“一个很好的比较是细菌中的CRISpR-Cas系统，它开始时是一个基础研究发现。现在CRISpR-Cas9被广泛用作其他生物体的基因编辑工具。”“这是一个新系统。它对未来的研究有应用和启示吗?这很难说。”

这些发现为研究轮虫系统的基因组功能和适应性打开了新工具和研究方向的大门。在未来，这些知识可能会以创造性的方式应用，在这个快速变化的环境中影响社会。

细菌n4 -甲基胞嘧啶在真核DNA中的表观遗传标记