谷曉峰 尋找植物中“戴帽子”基因的運行規律

目前您研究的主要方向是表觀遺傳和甲基化，這兩個名詞對很多人來說都比較陌生，您可以簡單講解一下嗎？

舉一個比較典型的例子，一個蜂巢中的蜜蜂有蜂王、工蜂和雄蜂三種形態，它們的起源完全一致，只是因為后來食用的食物等外界因素不同，成了不同功能的蜂。由于飲食營養變化帶來后代性狀的不同，這就是表觀遺傳在起作用。表觀遺傳是傳統遺傳學的一個分支和延伸。它研究的是DNA序列完全不變，但是基因的表達發生變化，并且這種變化可以遺傳的情況。甲基化是一種重要的表觀遺傳學標記，甲基由碳原子和氫原子組成，在酶的作用下將其選擇性地添加到DNA序列的堿基（ATCG）上，形成“新堿基”的過程就叫做DNA甲基化。這有些像是為堿基戴了一個“甲基帽子”。有帽子的DNA序列與之前相比有了明顯不同，我們稱作DNA修飾。這樣，我們就可以通過甲基化或者去甲基化的手段，不改變DNA序列，卻使基因表達發生變化。RNA甲基化的原理與它類似。

有哪些常見的表觀遺傳研究？

事實上表觀遺傳無處不在，生物體的節律性就與之有密切的關系。目前植物方面最常見的表觀遺傳研究是通過溫度和光照影響植物生長和發育，調控其中某些基因的表達。作為DNA甲基化研究最為深入的一種，胞嘧啶（C）的甲基化被發現參與了植物基因表達、組織和器官發育、細胞周期調控等多個方面。我在國外做科研時，研究的重點之一就是表觀遺傳對植物花期的影響——比如為什么植物總會在“合適時間”開花。植物開花受到“開花素基因”的調節，其具有節律性表達模式，只在某個固定時間點，比如光照16小時，光照即將結束時，會達到表達的最高峰。“適時開花”是影響植物產量和環境適應性的重要性狀，我們研究如何保證開花素每天適時、適量表達的分子機制，使得植物可以在期望的時間段開花。

您目前的關注重點是什么，它有什么現實意義呢？

目前我們研究關注的重點是表觀遺傳領域一些新的修飾方式，比如DNA新堿基修飾、RNA甲基化等。之前關于植物DNA甲基化的研究多數都是集中在胞嘧啶（C）上，我們最新的研究表明，在擬南芥的DNA 中，甲基化腺嘌呤（A）具有激活基因表達的功能，并繪制了全基因組分布圖譜。此外，我們發現了胞嘧啶（C）甲基化在擬南芥RNA中的分布規律。目前我們還是以基礎研究為主，不過我們希望通過研究的深入，最終能夠將研究成果與應用結合起來，讓它們發揮更大的價值。中國有極其豐富的種質資源，很多種質資源的基因組類似，但性狀差異顯著，表觀遺傳變異起著重要作用。所以我希望可以通過研究它們發生DNA/RNA修飾的位置和程度有哪些不同，找到某些關鍵基因，將其用于育種研究中，培育出更優質的農產品。

谷曉峰，分子生物科學家，主要從事表觀遺傳調控植物基因表達和發育機制的研究。曾任新加坡國立大學生物系、新加坡淡馬錫生命科學研究所研究人員（Research Fellow）;2014 年加入中國農業科學院生物技術研究所;第十一批國家“千人計劃”青年人才。