當生物將其基因傳給後代時，它們傳遞的不僅僅是DNA 中的代碼。有些生物還會傳遞化學標記，指示細胞如何使用這些代碼。將這些標記傳遞給後代被稱為表觀遺傳。這在植物中尤為常見。因此，這裡的重大發現可能會對農業、食品供應和環境產生影響。

科學家們發現了蛋白質DDM1 如何在甲基化過程中幫助植物沉默”跳躍基因”。他們的發現還揭示了DDM1 與特定組蛋白的相互作用如何確保跨代的表觀遺傳控制，這可能對農業和人類遺傳學產生影響。

冷泉港實驗室（CSHL）教授、HHMI研究人員羅布-馬蒂安森（Rob Martienssen）和萊莫爾-約書亞-托爾（Leemor Joshua-Tor）一直在研究植物如何傳遞使轉座子保持非活性的標記。轉座子也被稱為跳躍基因。當啟動時，它們可以四處移動並破壞其他基因。為了抑制轉座子並保護基因組，細胞會在特定的DNA 位點上添加調控標記。這一過程被稱為甲基化。

擬南芥是一種廣泛用於基礎生物學發現的植物物種。在這種多用途試驗對象的幫助下，CSHL 的科學家們現在已經挖掘出了有助於控制遺傳的一個過程的秘密。圖片來源：馬蒂恩森實驗室/冷泉港實驗室

Martienssen和Joshua-Tor現在已經展示了蛋白質DDM1是如何為在新的DNA鏈上放置這些標記的酶讓路的。植物細胞需要DDM1，因為它們的DNA 包裝緊密。為了保持基因組緊湊有序，細胞會將DNA 包裹在稱為組蛋白的包裝蛋白周圍。”Martienssen解釋說：”但這阻礙了各種重要酶進入DNA。在甲基化發生之前必須移除或滑動組蛋白，使其不礙事”。

Martienssen 和CSHL 前同事Eric Richards 在30 年前首次發現了DDM1。從那時起，研究人員就了解到它能使DNA 沿著其包裝蛋白滑動，從而暴露出需要甲基化的位點。Martienssen 將這種運動比作沿著繩子滑行的溜溜球。他解釋說，組蛋白”可以在DNA 上上下下移動，每次暴露DNA 的一部分，但絕不會脫落”。

這個卡通模型首次展示了DDM1 蛋白（紫色）在細胞分裂過程中抓住DNA（米色）的位置和方式。圖片來源：Joshua-Tor 實驗室/冷凍電鏡設備/冷泉港實驗室

通過遺傳和生化實驗，Martienssen 確定了DDM1 所取代的確切組蛋白。Joshua-Tor 利用冷凍電子顯微鏡捕捉到了該酶與DNA 和相關包裝蛋白相互作用的詳細圖像。他們能夠看到DDM1是如何抓住特定組蛋白重塑包裝DNA的。”喬舒亞-托爾說：”將DDM1聯繫在一起的一個意想不到的鍵竟然與多年前發現的第一個突變相對應。

實驗還揭示了DDM1 與某些組蛋白的親和力如何跨代保持表觀遺傳控制。研究小組發現，一種僅在花粉中發現的組蛋白對DDM1具有抗性，並在細胞分裂過程中充當佔位符。Martienssen說：”它能記住組蛋白在植物發育過程中的位置，並將這種記憶保留到下一代。”

植物可能並不孤單。人類也依賴類似DDM1 的蛋白質來維持DNA 甲基化。這項新發現可能有助於解釋這些蛋白是如何保持我們基因組的功能和完整性的。