表觀遺傳（epigenetic）讓抗性傳到下一代

 

DNA與組蛋白（histone）形成染色質。圖片來源：維基百科。

表觀遺傳學（epigenetics）--指得是不透過改變DNA序列但仍能遺傳到下一代的現象--最近這幾年很熱門。其中一種機制是透過改變DNA纏繞組蛋白（histone）的方式，造成基因表達的改變。

我們的遺傳物質是由DNA構成，但這些長長的DNA在細胞中藉著組蛋白們的幫助，井然有序地纏繞起來。每146鹼基對的DNA纏繞著由八個組蛋白所構成的結構（這八個組蛋白為H2A, H2B, H3, H4），形成所謂的「核小體」（nucleosome），一個個的核小體之間又有組蛋白H1將它們連起來。當某一段DNA被甲基化或它所纏繞的組蛋白被甲基化時，會使得DNA的結構更加縮緊或鬆開。如果是縮緊（形成所謂的「異染色質」[heterochromatin]），那麼這一段基因就不能被轉錄（transcription），所以也不會被表現；如果是鬆開（形成所謂的「真染色質」[euchromatin]），那麼這一段基因就可以透過轉錄被表現出來。

這類的機制，過去比較有名的是DNA的甲基化（methylation），而最近發表在《自然》雜誌上的研究發現了細胞可以透過將組蛋白H3的第九個胺基酸（離胺酸）甲基化，使該區段的染色質成為異染色質，從而使細胞對咖啡因產生抗性。

來自愛丁堡大學的研究團隊，以裂殖酵母（Schizosaccharomyces pombe）為實驗材料，將裂殖酵母以咖啡因處理後，裂殖酵母會因為組蛋白H3的第九個胺基酸甲基化（H3K9me）而對咖啡因產生抗性。

裂殖酵母除了對咖啡因產生抗性，H3K9me的變化也使它們的兩個酵素的表現改變：其中負責將H3K9me上的甲基移除的去甲基酶（demethylase）Epe1的表現會減少，而乙醯轉移酶（acetyltransferase）Mst2的表現會上升。Epe1表現減少使得H3K9me的改變可遺傳到下一代，使得這些對咖啡因有抗性的裂殖酵母，在細胞分裂後仍對咖啡因有抗性。

有趣的是，這些對咖啡因有抗性的裂殖酵母，對某些抗真菌的藥劑也有抗性：這讓研究團隊們想到，如果能應用到高等植物：也就是說，如果被咖啡因處理過的植物，也對咖啡因產生抗性、從而對某些抗真菌的藥劑產生抗性的話，未來可以應用這個現象，在噴灑抗真菌藥劑時，或可提高使用的劑量？當然這只是一個想法，能不能實際應用，還要先看用咖啡因處理過的高等植物是否也會產生與裂殖酵母類似的現象才行。

參考文獻：

Sito Torres-Garcia, Imtiyaz Yaseen, Manu Shukla, Pauline N. C. B. Audergon, Sharon A. White, Alison L. Pidoux, Robin C. Allshire. Epigenetic gene silencing by heterochromatin primes fungal resistance. Nature, 2020; DOI: 10.1038/s41586-020-2706-x