研究发现压力会引发广泛的表观遗传变化 从而有助于抵抗疾病

长期以来，甲基化被认为是正常生物发育的一个关键部分，是DNA的静态修饰，不能被环境条件改变。然而，索尔克生物研究所(Salk Institute for Biological Studies)的研究人员的新发现表明，受到压力的生物体DNA甲基化模式发生变化，从而改变基因的调控方式。

科学家们发现，接触致病菌会导致植物表观遗传密码的广泛变化，表观遗传密码是DNA中帮助控制基因表达的额外一层生化指令。表观遗传学的变化与负责协调植物对应激反应的基因的活动有关，这表明表观基因组可能有助于生物体对病原体和其他环境应激源产生耐药性。

这意味着表观基因组可能不只是一个静态的指令集,也重写这些指令基于经验的一种方式,”约瑟夫·艾克尔说索尔克的基因组分析实验室,教授领导的研究团队。“我们的发现，再加上其他研究人员的发现，证明了生活经历会在我们的DNA上留下印记。”

这项研究发表在8月7日的《美国国家科学院院刊》(Proceedings of the National Academy of Sciences)上，Ecker和他的同事研究了DNA甲基化如何调节拟南芥的免疫系统。甲基化是一种生物化学过程，除其他外，它会抑制一种叫做转座子的“跳跃基因”的表达，这种“跳跃基因”随着时间的推移已经被纳入基因组。利用全基因组测序技术，研究人员发现，在植物对细菌感染的反应中，甲基化发生了广泛的变化，并进行了各种分析，以确定这些甲基化变化是如何改变基因表达的。

“从以前的研究中，我们知道一些基因的表达与压力反应中的甲基化变化有关，”第一作者Robert Dowen说。“然而，我们的发现表明，让植物暴露在压力下，会引发大量甲基化变化，帮助植物抵御入侵的病原体。”

植物利用一系列复杂的防御机制，通过刺激各种激素信号来触发基因表达网络的改变，从而在感染时限制寄生细菌的生长。索尔克的发现和最近的其他研究表明，这些细胞防御反应与DNA甲基化机制有关，从而控制基因表达网络。遗传物质的表观遗传学变化，包括DNA甲基化模式的变化和组蛋白(在基因调控中发挥关键作用的蛋白质)的修饰，可以在不改变基因序列的情况下改变基因的表达。此外，被称为小干扰rna (small interference rna, sirna)的分子与DNA甲基化有着密切的联系，尤其是在这些sirna引导甲基化过程的跳跃基因上。令人惊讶的是，研究人员发现，在感染过程中，这些siRNAs的水平在特定转座子上也会发生变化，并与这些移动DNA片段的激活相对应。这些发现阐明了表观基因组对应激反应的动态特性。

索尔克的发现可能对农业有广泛的影响，包括设计植物的DNA甲基化模式，以产生抗病性作物和减少农药的暴露。这些应用技术引起了人们极大的兴趣，因为每年有30%至40%的农作物因病原而损失，损失约为5000亿美元。

最近发表在《植物生理学》(Plant Physiology)杂志上的一项研究表明，对环境条件的记忆可能会代代相传，因为植物防御是在其父母已接触病原体的植物的后代中启动的。Dowen说:“虽然人们对这一现象知之甚少，但它具有广泛的兴趣，并且正在该领域进行深入研究。”“我们认为，我们的发现可能为直接测试我们观察到的甲基化变化是否会遗传给后代，或是否在人类细胞中发生了类似的机制提供了一个框架。”