遗传序列之外的信息如何在植物精子中编码并代代相传
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CLSY3（与黄色荧光蛋白融合）在生殖细胞周围的绒毡层细胞中特异性表达。来源：约翰英尼斯中心
遗传信息通过遗传密码、DNA和表观遗传通过 DNA 周围的化学诱导修饰从父母传递给后代。
约翰英尼斯中心的新研究发现了一种调整这些修饰的机制，改变了遗传密码之外的信息代代相传的方式。
DNA甲基化是这些表观遗传修饰的一个例子，当甲基基团或化学帽被添加到DNA中，从而打开或关闭一个或多个基因时，就会发生DNA甲基化。
随着生殖系（卵子和精子）细胞的发育，一些甲基标记被重置，影响传递给下一代的信息。
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到目前为止，这个过程在植物繁殖过程中是如何运作的，还不清楚。
发表在《 科学》杂志上的这项激动人心的研究揭示了植物雄性种系中 DNA 甲基化重编程的分子机制。
在植物的雄性生殖部分（花药）内，将分裂产生精子（母细胞）的细胞被滋养它们的细胞包围。这些护士细胞被称为绒毡层细胞。
John Innes 中心团队发现绒毡层细胞产生大量的小RNA分子，并观察到这是由一种名为 CLSY3 的蛋白质引起的，这种蛋白质在花药的绒毡层细胞中特别发现。这些小 RNA 被证明从绒毡层细胞移动到母细胞中。在这里，他们为具有相同 DNA 密码的转座子（不稳定的遗传元件）添加了新的甲基标记。
“这一发现改变了我们对植物跨代表观遗传的看法，表明生殖系护士细胞产生的小 RNA 可以决定精子中的 DNA 甲基化组。这些小 RNA 在确定遗传的 DNA 甲基化组中所起的关键作用表明植物和动物繁殖之间的功能进化趋同，”通讯作者 John Innes 中心小组组长冯晓奇博士说。
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当不存在绒毡层小 RNA 时，Gypsy1 转座子在小孢子（精子细胞的祖细胞）中是活跃的（以黄色荧光显示）。来源：约翰英尼斯中心
这种重新编程阻止了转座子在生殖细胞中的跳跃，从而保护了世代之间基因组的完整性。
在减数母细胞中，这些小 RNA 还靶向具有与源转座子相似的 DNA 序列的基因，帮助控制基因表达并促进减数分裂，减数分裂是一种导致精子产生的细胞分裂。
这些发现在植物和动物界有广泛的应用，并为全世界研究表观遗传学的研究人员提供了重要的新线索。
先前的研究表明，玉米和水稻等谷类作物具有相似的绒毡层小 RNA，然而，尚不清楚为什么这些小 RNA 对生育力和产量很重要。这项研究产生的机制洞察力指向了新的研究方向，并可能有助于开发生物技术以靶向经济作物中的 DNA 甲基化。
联合第一作者金成龙博士说：“我们的研究可以开辟作物生物技术的新途径。例如，通过操纵直接促成种子形成和育种过程的细胞的小 RNA 定向 DNA 甲基化。”
该研究在基础生物学方面也很重要，共同第一作者詹姆斯沃克博士解释说，“我们的工作表明父系表观遗传是由绒毡层细胞决定的，它以植物中前所未有的规模驱动重编程。
“我们的工作揭示的分子机制将我们对 从头 DNA 甲基化的理解推向了一个新的水平，展示了如何在特定细胞的特定位点建立新的甲基标记。”