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当生物将其基因传给后代时，它们传递的不仅仅是 DNA 中的代码。有些生物还会传递化学标记，指示细胞如何使用这些代码。将这些标记传递给后代被称为表观遗传。这在植物中尤为常见。因此，这里的重大发现可能会对农业、食品供应和环境产生影响。

科学家们发现了蛋白质 DDM1 如何在甲基化过程中帮助植物沉默 "跳跃基因"。他们的发现还揭示了 DDM1 与特定组蛋白的相互作用如何确保跨代的表观遗传控制，这可能对农业和人类遗传学产生影响。

冷泉港实验室（CSHL）教授、HHMI研究人员罗布-马蒂安森（Rob Martienssen）和莱莫尔-约书亚-托尔（Leemor Joshua-Tor）一直在研究植物如何传递使转座子保持非活性的标记。转座子也被称为跳跃基因。当启动时，它们可以四处移动并破坏其他基因。为了抑制转座子并保护基因组，细胞会在特定的 DNA 位点上添加调控标记。这一过程被称为甲基化。

拟南芥是一种广泛用于基础生物学发现的植物物种。在这种多用途试验对象的帮助下，CSHL 的科学家们现在已经挖掘出了有助于控制遗传的一个过程的秘密。图片来源：马蒂恩森实验室/冷泉港实验室

Martienssen和Joshua-Tor现在已经展示了蛋白质DDM1是如何为在新的DNA链上放置这些标记的酶让路的。植物细胞需要 DDM1，因为它们的 DNA 包装紧密。为了保持基因组紧凑有序，细胞会将 DNA 包裹在称为组蛋白的包装蛋白周围。"Martienssen解释说："但这阻碍了各种重要酶进入DNA。在甲基化发生之前必须移除或滑动组蛋白，使其不碍事"。

Martienssen 和 CSHL 前同事 Eric Richards 在 30 年前首次发现了 DDM1。从那时起，研究人员就了解到它能使 DNA 沿着其包装蛋白滑动，从而暴露出需要甲基化的位点。Martienssen 将这种运动比作沿着绳子滑行的溜溜球。他解释说，组蛋白"可以在 DNA 上上下下移动，每次暴露 DNA 的一部分，但绝不会脱落"。

这个卡通模型首次展示了 DDM1 蛋白（紫色）在细胞分裂过程中抓住 DNA（米色）的位置和方式。图片来源：Joshua-Tor 实验室/冷冻电镜设备/冷泉港实验室

通过遗传和生化实验，Martienssen 确定了 DDM1 所取代的确切组蛋白。Joshua-Tor 利用冷冻电子显微镜捕捉到了该酶与 DNA 和相关包装蛋白相互作用的详细图像。他们能够看到DDM1是如何抓住特定组蛋白重塑包装DNA的。"乔舒亚-托尔说："将DDM1联系在一起的一个意想不到的键竟然与多年前发现的第一个突变相对应。

实验还揭示了 DDM1 与某些组蛋白的亲和力如何跨代保持表观遗传控制。研究小组发现，一种仅在花粉中发现的组蛋白对DDM1具有抗性，并在细胞分裂过程中充当占位符。Martienssen说："它能记住组蛋白在植物发育过程中的位置，并将这种记忆保留到下一代。"

植物可能并不孤单。人类也依赖类似 DDM1 的蛋白质来维持 DNA 甲基化。这项新发现可能有助于解释这些蛋白是如何保持我们基因组的功能和完整性的。

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