印第安纳大学的研究人员填补了拟南芥基因组序列的最终空白

拟南芥是一种在全球范围内种植用于遗传研究的物种，也是第一种对其完整染色体(基因组)进行测序的植物。 2000 年发布的最初基因组序列有许多缺口，但此后几年的技术进步一一缩小了缺口，直到只剩下两个：2 号和 4 号染色体上的大片未定义区域，其中编码核糖体 RNA 的基因重复。数百份。这些核糖体 RNA 基因簇，称为核仁组织区 (NOR)，在拟南芥中不仅难以定义，而且还难以定义。几乎所有真核生物(细胞有细胞核的生物体)，包括人类，其基因组序列中的 NOR 都存在缺口。这阻碍了对 NOR 及其内部基因的研究，这些基因编码核糖体的 RNA，核糖体是所有活细胞的蛋白质合成机器。核糖体 RNA 基因的调节方式尚不完全清楚。例如，已知它们受到表观遗传控制，这意味着它们可以以不依赖于其序列的方式打开或关闭，但尚不清楚如何打开或关闭。许多癌症中都会出现基因的错误调节。因此，对核糖体 RNA 基因调控的理解长期以来一直是生物医学研究资助的重点，其中包括对植物、酵母、果蝇、小鼠和其他模型生物的研究。

发表在 Science Advances 上的一项新研究报告了两种拟南芥 NOR 的完整序列以及活性和沉默核糖体 RNA 基因的活性分布在整个 NOR 中。该论文由霍华德休斯医学研究所研究员、杰出教授 Craig S. Pikaard 实验室的博士后研究人员 Dalen Fultz、Anastasia McKinlay 和 Ramya Enganti 以及生物系和生物系的 Carlos O. Miller 教授撰写。印第安纳大学伯明顿分校 (IUB) 的分子和细胞生物化学。该实验室之前的研究表明，基于基因测试，活性和沉默核糖体 RNA 基因亚型共存，但与不同的 NOR 相关。这项新研究根据细微的差异，确定了 70 多种不同的基因亚型，这些亚型位于 NOR2 或 NOR4，但不能两者兼而有之。了解所有这些亚型的物理位置后，作者进行了测试以确定每种亚型是否被打开以制造核糖体 RNA，或者被关闭。他们还测试了无法沉默核糖体 RNA 基因的基因突变体中会发生什么。他们发现，一种 NOR 在生长中的植物中几乎完全沉默，而另一种 NOR 负责几乎所有的核糖体 RNA 基因活性——但仅限于其中心区域。研究发现，基因活性高的区域与 DNA 化学修饰(通过添加单碳甲基基团)低且相邻基因往往属于相同亚型的区域相关。

这些结果首次让我们了解核糖体 RNA 基因在完整 NOR 的背景下是如何组织和调节的。由于 NOR 在其他物种(包括人类和果蝇)中的活性也有所不同，因此植物研究提供了具有广泛生物医学相关性的见解。这些研究还为未来拟南芥研究铺平了道路，旨在了解 NOR 表观遗传控制和进化，特别是新发现的基因活性与基因亚型同质化之间的相关性。

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