谷晓峰 寻找植物中“戴帽子”基因的运行规律

目前您研究的主要方向是表观遗传和甲基化，这两个名词对很多人来说都比较陌生，您可以简单讲解一下吗？

举一个比较典型的例子，一个蜂巢中的蜜蜂有蜂王、工蜂和雄蜂三种形态，它们的起源完全一致，只是因为后来食用的食物等外界因素不同，成了不同功能的蜂。由于饮食营养变化带来后代性状的不同，这就是表观遗传在起作用。表观遗传是传统遗传学的一个分支和延伸。它研究的是DNA序列完全不变，但是基因的表达发生变化，并且这种变化可以遗传的情况。甲基化是一种重要的表观遗传学标记，甲基由碳原子和氢原子组成，在酶的作用下将其选择性地添加到DNA序列的碱基（ATCG）上，形成“新碱基”的过程就叫做DNA甲基化。这有些像是为碱基戴了一个“甲基帽子”。有帽子的DNA序列与之前相比有了明显不同，我们称作DNA修饰。这样，我们就可以通过甲基化或者去甲基化的手段，不改变DNA序列，却使基因表达发生变化。RNA甲基化的原理与它类似。

有哪些常见的表观遗传研究？

事实上表观遗传无处不在，生物体的节律性就与之有密切的关系。目前植物方面最常见的表观遗传研究是通过温度和光照影响植物生长和发育，调控其中某些基因的表达。作为DNA甲基化研究最为深入的一种，胞嘧啶（C）的甲基化被发现参与了植物基因表达、组织和器官发育、细胞周期调控等多个方面。我在国外做科研时，研究的重点之一就是表观遗传对植物花期的影响——比如为什么植物总会在“合适时间”开花。植物开花受到“开花素基因”的调节，其具有节律性表达模式，只在某个固定时间点，比如光照16小时，光照即将结束时，会达到表达的最高峰。“适时开花”是影响植物产量和环境适应性的重要性状，我们研究如何保证开花素每天适时、适量表达的分子机制，使得植物可以在期望的时间段开花。

您目前的关注重点是什么，它有什么现实意义呢？

目前我们研究关注的重点是表观遗传领域一些新的修饰方式，比如DNA新碱基修饰、RNA甲基化等。之前关于植物DNA甲基化的研究多数都是集中在胞嘧啶（C）上，我们最新的研究表明，在拟南芥的DNA 中，甲基化腺嘌呤（A）具有激活基因表达的功能，并绘制了全基因组分布图谱。此外，我们发现了胞嘧啶（C）甲基化在拟南芥RNA中的分布规律。目前我们还是以基础研究为主，不过我们希望通过研究的深入，最终能够将研究成果与应用结合起来，让它们发挥更大的价值。中国有极其丰富的种质资源，很多种质资源的基因组类似，但性状差异显著，表观遗传变异起着重要作用。所以我希望可以通过研究它们发生DNA/RNA修饰的位置和程度有哪些不同，找到某些关键基因，将其用于育种研究中，培育出更优质的农产品。

谷曉峰，分子生物科学家，主要从事表观遗传调控植物基因表达和发育机制的研究。曾任新加坡国立大学生物系、新加坡淡马锡生命科学研究所研究人员（Research Fellow）;2014 年加入中国农业科学院生物技术研究所;第十一批国家“千人计划”青年人才。