广泛细菌中DNA磷硫酰化生理修饰的系统分析与多样性分子机制研究

作为生命的物质基础，DNA上的细微变化都会在生命的体征上得到级联放大而影响基因表达、导致生命变异。而我们发现dnd基因簇能把硫掺入DNA骨架上- - 磷酸二酯键的非桥联氧原子被硫原子序列特异性、Rp空间构象专一性地取代形成DNA"磷硫酰化"硫修饰，这是DNA 骨架上的第一例生理修饰。基于同源性分析发现dnd基因簇广泛分布于多样生境、多种菌属的细菌中，最近我们在数个细菌中检测到了修饰特征迥异的磷硫酰化,但这些细菌仅是冰山一角，无法对修饰的广泛性、多样性全面解析。本项目拟在广泛并具更大代表性的细菌中系统性分析这种独特的DNA骨架生理修饰，鉴定其在细菌中的修饰序列、频率，描绘细菌中DNA磷硫酰化的"全景图"。发掘其在细菌中的分布规律以及可能的迁移进化过程，揭示DNA磷硫酰化修饰多样性的分子机理，为阐明DNA磷硫酰化修饰的生物学意义奠定基础。

作为生命的物质基础，DNA上的细微变化都会在生命的体征上得到级联放大而影响基因表达、导致生命变异。而我们发现dnd基因簇能把新元素硫掺入DNA骨架上——磷酸二酯键的非桥联氧原子被硫原子序列特异性、Rp空间构象专一性地取代形成DNA“磷硫酰化”硫修饰，这是DNA骨架上的第一例生理修饰。基于同源性分析发现dnd基因簇广泛分布于多样生境、多种菌属的细菌中，并且修饰特征迥异。为了对磷硫酰化修饰的广泛性、多样性全面解析，本项目对一系列细菌的DNA磷硫酰化进行鉴定，并从沙门氏菌、大肠杆菌、弧菌等菌株.入手，对DNA磷硫酰化修饰的频率调控、序列特征、生物功能的多个方面展开，对这一新型核酸表观遗传进行了深入的挖掘。.. 发现DNA磷硫酰化修饰频率的多样性是由DndB调控的——DndB能够结合在启动子上游从而抑制下游dnd基因的转录、影响DNA磷硫酰化修饰的频率；DndABCDE在很多细菌中与DndFGH共同存在，经过对沙门氏菌中DNA磷硫酰化修饰转录组分析，发现DndABCDE-DndFGH共同组成了一套修饰-限制系统，能够利用磷硫酰化修饰作为标签，完成“自我”和“非我”的区别，并对外源DNA实施双链切割；DndE蛋白是Dnd蛋白中最小的，从晶体学分析结果看，DndE蛋白表面带正电的赖氨酸可能负责与DNA底物的结合，可能参与DNA磷硫酰化修饰序列多样性的选择，利用点突变，我们发现DndE表面的赖氨酸虽然对修饰频率产生影响，但是其突变并不会影响修饰序列的改变；对弧菌中修饰特征进行鉴定，发现了一组与dnd基因组成不同的新型DNA磷硫酰化修饰系统，其修饰频率、修饰核心序列都与之前鉴定的DNA磷硫酰化修饰系统不同，代表着一套新型的DNA磷硫酰化修饰体系，而下一步的工作将针对这部分工作更细致的展开。