为植物表观遗传研究打开一扇门
为植物表观遗传研究打开一扇门
曹晓风供图
DNA测序技能发现之后，科学家们认为本身可以通过DNA全基因组测序理会生命的全部暗码。徐徐的，他们发明有些重要信息并不编码于DNA序列内里，即便基因序列没有产生变革，生物体的表型也可以改变。这种研究被称为“表观遗传学”，继传统遗传学之后，表观遗传学如火如荼地成长起来了。
中科院院士、中科院遗传与发育生物学研究所（以下简称遗传发育所）研究员曹晓风和她的团队花了11年时间，开发了水稻表观遗传研究的新偏向，在组卵白甲基化、小RNA调控植物发展发育和转座子活性的机制研究规模取得了一系列系统性原创成就。相关成就得到了2019年度国度自然科学奖二等奖。
重新积极别辟派别
2003年6月，曹晓风从美国加州大学洛杉矶分校来到中科院遗传发育所，作为表观遗传学研究规模很有实力的一位新秀，她在海内的研究却是在一间姑且腾出来的玉米蕴藏室起步的。
当时，海内的植物表观遗传学研究才方才开始。条件费力不算什么，重新积极别辟派别、改变偏向才是难上加难。
获奖团队成员、遗传发育所副研究员刘春艳先容，表观遗传主要包罗了三种重要的机制，DNA甲基化、组卵白修饰和小RNA调控。DNA甲基化不只是其时国际上研究的主流，也是曹晓风已经站稳脚跟的偏向。可为了与美国导师的研究事情更有区分度，曹晓风选择了“人烟稀少”的处所，从新开始。
组卵白甲基化是组卵白修饰中最为重要也是最为巨大的一种修饰，在维持染色体成果以及各类细胞生理勾当的调控进程中发挥着重要浸染。组卵白甲基化进程是由甲基转移酶来完成的。环绕植物组卵白甲基化是如何生成的问题，曹晓风选择的第一个打破口，就是成立和优化纯化手段，从花椰菜中疏散纯化植物组卵白甲基转移酶。
返国近半年，曹晓风颠末重复实验、失败、调解、优化，终于成立了甲基转移酶纯化体系，为后续一系列甲基转移酶的纯化奠基了基本。
“曹老师说，那天晚上她终于睡了返国之后的第一个巩固觉。”刘春艳回想道。
可紧接着，一个新的挑战又接踵而至。
先前科学家认为组卵白的甲基化浸染是不变而不行逆的，但2004年，在哺乳动物中发明白这一进程是可逆的，起要害浸染的就是去甲基化酶。
这是一个令人欣喜的发明。于是，曹晓风把眼光投向了植物组卵白甲基化去除这一表观遗传调控的重要机制上。获奖团队成员、遗传发育所研究员陆发隆暗示，他们花了2年时间先成立起了植物体内组卵白去甲基化酶活性检测体系，最终判断了首个植物H3K27me3去甲基化酶REF6，并指出其不是哺乳动物中H3K27me3去甲基化酶的直系同源物，这也改变了学界已往的意料。
这项研究阐发了组卵白甲基化调控基因表达和植物发育的机理，填补了组卵白修饰调控机制方面的一个空缺。
为转座子“正名”
#p#分页标题#e#就一个团队的久远成长而言，机关大偏向中差异的小研究偏向，保持研究体系的完整性很重要。曹晓风并没有“把所有鸡蛋放在一个篮子里”。
在组卵白甲基化研究的同时，曹晓风团队在国际上率先开展了作物小分子RNA的研究。他们明晰了认真小分子RNA加工的要害酶DCL卵白家属成员在各类小分子RNA生物合成途径和节制水稻重要农艺性状中的成果，展现了小分子RNA对水稻发展发育的调控浸染。
跟着研究的深入，他们发明转座子是小分子RNA的重要来历，人类45%的基因组由转座子来历的反复序列组成。可在已往，转座子一直被认为是垃圾DNA。因为不知道什么时候，它们就会从基因组的一个位置跳到另一个位置，粉碎重要基因。
汗青上享有盛誉的女科学家麦克林托克因在玉米中发明转座子而得到1983年诺贝尔生理学和医学奖。不外，她提出的“转座子调控元件”假说始终没能在基因组程度上获得证实。
曹晓风团队的研究发明，水稻中大量散布于基因四周的MITE类转座子可发生小RNA，并风雅调控旁侧基因的表达。“我们首次在全基因组程度上证实了麦克林托克的假设，指出小RNA可以和转座子互为影响，从而调控周围基因的表达。”刘春艳说，转座子并不是垃圾DNA，它在生物进化和情况适应性中饰演了很重要的脚色，这也为从表观遗传角度举办作物分子育种提供了新的线索和手段。
有意思的是，研究之初，团队的这两个偏向是相对独立的。中科院院士李家洋在接管《中国科学报》采访时暗示，跟着事情的深入，曹晓风团队发明水稻中小分子RNA和组卵白甲基化尚有着内涵的彼此调控干系，植物组卵白甲基化在调控转座子沉默沉静中发挥着重要浸染，“其实这是一个完整的表观遗传调控机制的差异方面”。
李家洋评价，曹晓风团队在该规模的一系列系统性原创成就不只为进一步展现表观遗传调控机制在植物发展发育和情况响应中的成果打下基本，也开发了水稻表观遗传学研究的新偏向，引领了学科的成长，为从表观遗传层面研究作物重要农艺性状奠基了坚硬的基本。
育人之道
陆发隆是最早插手曹晓风团队的学生之一，当年，正是通过组卵白甲基化与去甲基化这项研究，让他迅速生长为了可以独当一面的科研人员。
在他看来，导师选择了一个全新的偏向，也意味着培养一支全新的科研步队。“曹老师的学生中在海表里继续传授的已有十四五位之多，这对一个建成16年的尝试室来说，很不容易。”
曹晓风的育人理念老是被学生们津津乐道。陆发隆汇报《中国科学报》：“她尊重每小我私家的特点，给我们极大的科研自由度，愿意放手让我们去做。这不只造就了学生独立做科研的本领，也释放了学生的主动性、努力性，从而晋升进修结果。”
她一直建议一种开放的科研文化。“曹老师十分垂青学术同行的交换，也勉励学生多介入学术集会会议，学会自我表达，捕获哪怕还不足成熟的新常识、新想法。某种意义上，这比看文献更能快速相识规模内的科研新趋势。”刘春艳还记得，相关或跨学科规模的专家经常被邀请来尝试室，“尤其在我们的一些研究处于抽芽可能举办到一半的要害时期，为我们提供建树性意见，辅佐我们打开思路”。
#p#分页标题#e#1月10日上午，国度科学技能嘉奖大会竣事后，曹晓风就马不断蹄赶回遗传发育所，介入基因组生物学研究中心学术年会。在陆发隆心里，即便已往这么多年，谁人当年常常夜里不回家，在沙发上醒来就投入研究的曹晓风，依然是尝试室最用功的谁人科学家。
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