上海交大團隊揭示DNA磷硫酰化基因組修飾異質性特征

馨婭

[本刊訊]上海交通大學生命科學技術學院微生物代謝國家重點實驗室鄧子新院士團隊由德林教授研究組與張大兵教授團隊楊立桃教授研究組合作，在DNA磷硫酰化修飾研究方面取得新進展：開發了PT-IC-seq和PT-IC-ddPCR兩種技術，首次定量地檢測了基因組上DNA磷硫酰化修飾位點，揭示了磷硫酰化修飾在全基因組水平上的修飾都存在細胞之間異質性。相關成果于2019年4月1日在線發表于PLoS?Genetics。

DNA是重要的遺傳物質，儲存著所有蛋白質和RNA的全部遺傳信息。DNA上的任何一個微小的變化都有可能改變生命的遺傳信息，影響生命活動，如經典的DNA甲基化修飾在生物界具有保護遺傳穩定，調控DNA復制、轉錄以及翻譯過程等重要功能。DNA磷硫酰化修飾是由鄧子新發現的，DNA骨架上硫原子取代磷原子上的非橋聯氧原子形成的一種新型DNA修飾。它突破了DNA由碳、氫、氧、氮、磷5種元素構成的結論，拓展了經典的DNA組成。由德林研究組曾利用單分子實時測序和碘切割依賴的測序技術繪制了大腸桿菌基因組DNA磷硫酰化修飾圖譜，但這種新型DNA修飾的基因組分布規律和修飾頻率尚未知。

該研究團隊將碘乙醇對磷硫酰化修飾位點的特異性切割和新一代DNA測序技術結合起來，開發了PT-IC-seq技術，該技術可用于高通量研究全基因組水平上每個磷硫酰化位點的修飾頻率。通過PT-IC-seq分析發現，在大腸桿菌B7A和沙門氏菌Serovar?Cerro?87中的大多數磷硫酰化修飾位點都是保持著較低的修飾頻率（<5%），并且它們都表現出類似于甲基化修飾的異質性特點。隨后，研究人員又引入了微滴式數字PCR技術，開發了可以絕對定量的PT-IC-ddPCR方法，相關分析進一步印證了DNA磷硫酰化修飾具有低頻和異質性特征的重要發現。類似于甲基化異質性，這種磷硫酰化異質性能否提高細菌在逆性環境下的群體生存能力而賦予其種群進化，上的優勢，目前還不得而知。

該研究團隊持續關注DNA磷硫酰化修飾的生物學研究，相繼解析了DNA磷硫酰化修飾基因組圖譜，修飾基因的功能和轉錄水平上的調控機制，以及發現DNA磷硫酰化修飾限制系統并闡明了其作用機制。該工作是這種新型DNA骨架修飾生物學研究上的又一重要進展，相關研究為磷硫酰化修飾在全基因組水平的精確定位和定量鑒定提供了重要工具，對揭示修飾的過程和修飾的生理功能具有重要的指導意義。