DNA骨架硫修饰研究又获新成果

2011-2-23 14:32 来源: 中国科学院
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  上海交通大学、武汉大学与美国麻省理工学院共同合作,以王连荣为第一作者、陈实和彼得·帝丹为共同通讯作者联合完成的论文《DNA磷硫酰化修饰在细菌基因组中广泛分布且量化存在》日前在美国《国家科学院院刊》上发表,这是DNA骨架上硫修饰研究领域又一个新的重大进展,也是邓子新团队与彼得·帝丹合作报道了DNA骨架上硫修饰化学本质后持续合作的新成果。

  该论文集高敏检测与精细量化于一体,从飞摩尔水平(10-12摩尔)对16种不同序列的磷硫酰化DNA双核苷酸及其在染色体上的修饰频率进行同步鉴定,实现了硫修饰DNA快速、高效、高通量、可定量的化学检测。在此基础上,从栖息于多样化生态环境的多种代表性微生物中发现了新型硫修饰DNA上前所未见的修饰方式包括d(GPST)、d(CPSA)、d(TPSA)、d(APSA)和d(CPSC),阐明了DNA硫修饰在从土壤微生物到海洋微生物,从植物致病菌到人类病原菌,从好氧菌到厌氧菌,甚至在最小可自主生长的微生物之一的C.Pelagibacter ubique HTCC1002上表现出的广泛多样性,揭示出硫修饰是自然微生物DNA骨架上广泛存在又非常独特的生理修饰。

  另外,此研究还首次将DNA硫修饰研究扩展到了环境基因组学(metagenomics),在马尾藻海域、俄勒冈海岸水域的海洋环境中发现了dnd基因簇以及多种序列的DNA硫修饰包括d(GPSA)、d(GPSG)、d(GPST)和d(CPSC);同时发现硫修饰微生物的分布与特定的海洋区域、海洋深度相关,例如d(GPSG)在马尾藻海多存在于深达200米的深层海域,而d(CPSC)则存在于各个水层。进化树分析发现dnd基因的传播符合基因横向转移的特征,为今后研究dnd基因簇的进化及其在不同微生物间的物质交流和生理功能奠定了新的基础。

  研究还通过第二代测序技术鉴定了数个弧菌的部分基因组,以及这些基因组信息与DNA骨架硫修饰之间的关系,同时发现染色体上的DNA硫修饰受到严谨的调控,其数量化分布的频率符合限制修饰系统的特征,佐证DNA硫修饰与某种新型的限制系统相关联。此外,研究方法还可以方便地延伸应用到砷基生命的精细化学结构鉴定中,如砷基生命的化学结构确认与磷硫酰化修饰不同,砷取代将可能成为继DNA硫修饰之后第二例DNA骨架上的生理修饰。

  有关专家评价,该领域近期的系统性进展已将DNA硫修饰的研究推进到一个新的发展阶段。最近,中国团队已应邀为英文专著DNA replication系统撰写Phosphorothioation: an unusual post-replicative modification on the DNA backbone一章。