特异DNA甲基化修饰在维持耐辐射奇球菌基因组稳定性中的机制研究

We have identified a specific DNA methylome in genomic DNA of Deinococcus radiodurans that differs from other bacteria, and preliminarily verified the specific DNA methylation pattern might be involved in the processes of DNA damage repair and vital for genome stability in D. radiodurans. This project is aimed to deeply investigate the specific DNA methylome and its molecular mechanism in maintaining genome stability, using of genome sequencing, mass spectrometry, comparative genomics, structural biology, and genetics techniques. The results are expected to strongly enrich the mechanism of epigenetic regulation of bacteria, and provide theoretical basis for the development and application of the novel restriction-modifying enzymes.

本课题组发现耐辐射奇球菌基因组DNA具有区别于其它细菌的特异性甲基化修饰模式，并已初步确认辐射奇球菌基因组DNA甲基化修饰可能与DNA损伤修复等过程相关，对维持基因组稳定性起重要作用。本项目拟通过基因组测序、质谱分析、遗传学、比较基因组学和结构生物学等手段，从分子水平深入研究耐辐射奇球菌特异的甲基化修饰模式及其维持基因组稳定性的分子机制，旨在为丰富细菌的表观遗传调控机理提供重要补充，也为新型限制-修饰酶的开发应用提供理论依据。

耐辐射奇球菌（Deinococcus radiodurans）具有极强的DNA损伤修复能力，对电离辐射、紫外线、干燥以及各种DNA损伤化学试剂等引起的突变和致死效应都具有超强的抗性，被誉为世界上“最顽强的细菌”。耐辐射奇球菌作为DNA损伤修复、基因组稳定性维持、极端抗性的模式生物之一，对其生存机理的研究有助于深入认识极端环境压力下的生命活动过程和特有规律。本研究利用基因组测序、比较基因组学、转录组学、遗传学、生化与分子生物学等技术手段，重新测序并更正了耐辐射奇球菌全基因组序列；获得了耐辐射奇球菌体内潜在的各型甲基转移酶；鉴定了耐辐射奇球菌特异的DNA甲基化修饰模式及其关键DNA甲基转移酶M.DraR1；阐明了DNA甲基转移酶M.DraR1的生化特性；研究了DNA甲基化修饰对耐辐射奇球菌基因转录水平的调控作用，以及DNA甲基转移酶M.DraR1参与的调控网络。研究结果丰富了DNA m4C甲基化修饰参与维持细菌基因组稳定性的新认识，同时为新型限制-修饰系统的开发利用奠定了理论基础。