原生动物嗜热四膜虫组蛋白3甲基化/去甲基化表观遗传信息网络的组成及进化研究

针对缺乏表观遗传信息网络的起源与进化研究、尤其是单细胞真核生物重要类群- - 原生动物相关研究空白的现状，以模式原生动物- - 嗜热四膜虫为研究对象，利用其在进化地位、生活史和基因组等方面的特点和成熟的分子遗传学技术，在我们已筛选出的多个在接合生殖时期功能显著（特异表达或表达显著上调）的候选四膜虫H3K4甲基化酶、H3K27甲基化酶和去甲基化酶基因及它们的协同表达基因的基础上，通过基因敲除技术、全基因组表达芯片Microarray技术、定量PCR和免疫荧光技术等手段，探明嗜热四膜虫中由H3甲基化酶和去甲基化酶及其调控的基因共同组成的表观遗传信息网络，进而结合生物信息学和比较基因组学方法，开展真核生物相关基因的协同进化和表观遗传信息网络的起源与进化研究，不仅为具体的表观遗传研究提供重要信息和起到引导作用，而且将大大推动对真核细胞重要生命过程中表观遗传信息的组成和作用机理的认识。

针对缺乏表观遗传信息网络的起源与进化研究、尤其是单细胞真核生物重要类群原生动物相关研究空白的现状，以模式原生动物——嗜热四膜虫为研究对象，我们首先鉴定到15个四膜虫H3甲基化酶基因和5个去甲基化酶，进而在构建了这些基因敲除株和通过Microarray技术获得了全基因组的表达数据的基础上，分析了嗜热四膜虫H3K甲基化酶和去甲基化酶的协同表达基因，建立了相应的H3K甲基化和去甲基化调控网络，并选取EZL2和TXR1两个H3K27甲基化酶基因为研究重点，利用免疫荧光和基因组重测序等方法说明了EZL2的功能是负责H3K27me2和H3K27me3，而TXR1的功能是负责H3K27me1，发现TXR1基因缺陷型细胞株将受到严重的DNA复制压力（如：产生大量的单链DNA、异常的DNA复制中间产物、显著激活DNA损伤应激通路等）。 DNA复制起点附近是受到DNA复制压力的热点区域，进而建立了根据单链DNA的位置预测四膜虫全基因组DNA复制起点的新方法。进一步对基因互作的研究表明TXR1基因可作用于Proliferating Cell Nuclear Antigen (PCNA)，而PCNA直接参与了DNA复制且在DNA复制延伸中具有重要作用，从而说明四膜虫是通过组蛋白H3第27号赖氨酸的单甲基化与PCNA的相互作用来影响DNA复制延伸的。该研究首次发现了单细胞真核生物中组蛋白H3第27号赖氨酸单甲基化与DNA复制延伸间的关系，不仅支持了真核生物中组蛋白修饰与DNA复制间保守通路的存在，而且对真核生物DNA复制起点的鉴定及其识别机制的研究具有重要意义。