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      植物DNA如何避免紫外線輻射的破壞

      如果來自太陽的紫外線輻射會損害人體DNA導致健康問題,紫外線輻射是否也會破壞植物DNA?答案是肯定的,但由于植物不能從陽光下進入或在防曬霜上涂抹,因此它們具有超強的DNA修復套件。今天,2015年諾貝爾獎獲得者,醫(yī)學博士,博士,UNC醫(yī)學院實驗室已經發(fā)表了一項關于植物中這種強大的DNA修復系統(tǒng)的精致研究,該研究非常類似于人類和其他動物的修復系統(tǒng)。

      植物DNA如何避免紫外線輻射的破壞

      該研究發(fā)表在Nature Communications上,是整個多細胞生物的第一張修復圖。它揭示了與人類相比,“核苷酸切除修復”系統(tǒng)在植物的活性基因中的效率更高。而這種效率取決于白天/黑夜的周期。

      “這些研究結果促進了我們對所有生物體中常見的DNA修復機制的理解,也可能具有實際應用,”共同通訊作者Ogun Adebali博士說,他是Sancar實驗室的博士后研究員。

      第一作者,Sancar實驗室博士后研究員Onur Oztas博士說:“植物中的DNA損傷會影響其生長和發(fā)育,因此提高切除修復系統(tǒng)可能是提高作物產量的良好策略。”

      Sancar,Sarah Graham Kenan生物化學和生物物理學教授,因其對切除修復的研究而獲得2015年諾貝爾化學獎,現(xiàn)在人們普遍認為切除修復是生物體內DNA修復的主要機制 - 包括修復紫外線損傷。此修復系統(tǒng)的大多數(shù)先前研究已經在哺乳動物和細菌細胞中進行;關于該系統(tǒng)如何在植物中起作用的知之甚少。然而,植物必須具有有效的DNA修復系統(tǒng),因為它們不能輕易避免陽光照射,當然也需要它來生長。

      在這項研究中,Oztas及其同事使用了他們最近開發(fā)的切除修復映射技術,稱為XR-seq。該技術使他們能夠檢測和測序在切除修復過程中從染色體上切下的短長度的受損DNA。這些DNA片段的序列可以與參考基因組上相應的DNA片段匹配,以精確定位DNA損傷正在修復的斑點。

      UNC研究人員對紫外線照射的植物 - 擬南芥(Arabidopsis thaliana)進行了XR-seq掃描,擬南芥是植物研究的“實驗室大鼠”,也稱為擬南芥或小鼠耳水芹。得到的修復圖顯示,擬南芥中的切除修復對活躍的基因起作用更快?;钴S時的基因轉錄成RNA鏈,然后可以轉化為蛋白質,即細胞的主要機制。來自Sancar實驗室的先前研究表明,切除修復對于動物和細菌中的活躍轉錄基因更有效。這種被稱為轉錄偶聯(lián)修復的現(xiàn)象被認為已經發(fā)展成為一種在最急需的地方進行DNA修復的方法。

      “在這里,我們發(fā)現(xiàn)轉錄偶聯(lián)修復效率的提高在植物中比在動物或細菌中更為明顯,”Oztas說。

      Sancar的實驗室在24小時內對UV暴露的擬南芥進行了XR-seq,以發(fā)現(xiàn)轉錄偶聯(lián)修復的效率也根據(jù)“晝夜節(jié)律”日/夜周期的10%至30%的擬南芥基因而變化。這反映了這些基因中轉錄活性的正常日變化。

      “結果表明植物的切除修復與其他生物體的修復方式大致相同 - 為了最大限度地提高效率,”Oztas說。

      Sancar實驗室計劃跟進研究,旨在解決關于植物切除修復的兩個謎團。一個是敲除切除修復系統(tǒng)導致植物基因組突變的增加,即使植物保持在黑暗中,遠離紫外線或其他形式的光。

      “這意味著需要進行切除修復以修復除紫外線以外的其他未知因素造成的DNA損傷,”Oztas說。“我們希望識別和表征這些未知因素,并找出切除修復如何修復它們造成的損害類型。”

      植物切除修復系統(tǒng)還涉及與其他生物體中發(fā)現(xiàn)的修復蛋白質略有不同的一組。UNC的科學家們希望確定為什么這樣,以及植物特有的一組切除修復蛋白如何協(xié)同工作以保持植物基因組的良好修復。

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