在高等植物中，DNA损伤和修复是一种经常发生的现象。根据DNA损伤的性质，可以把它们分成2种主要类型，即double-stranded DNA break(DSB)和single-stranded DNA break(SSB)，这2种损伤都会激活体内的DNA损伤响应(DNA damage response, DDR) (Spampinato, 2017)。参与响应DNA损伤和修复的主要蛋白有ATM, ATR, RAD51等，它们的基因表达升高表示了体内的DNA损伤加剧和DDR过程被激活 (Bourbousse et al., 2018)。DNA去甲基化酶(如ROS1和DME)突变导致全基因组DNA甲基化水平明显升高，并且ros1突变体表现出明显的对DNA损伤剂methyl methanesulfonate (MMS)的敏感性 (Gong et al., 2002)，然而这一现象是否是由增加的全基因组DNA甲基化水平造成的，仍不清楚。

JIPB(Journal of Integrative Plant Biology, SCI一区, 2021 IF 7.061)近日在线发表了生化与分子生物学系植物分子遗传学实验室(腊红桂课题组)研究文章, 题目为“Roles of MEM1 in safeguarding Arabidopsis genome against DNA damage, inhibiting ATM/SOG1-mediated DNA damage response, and antagonizing global DNA hypermethylation”的研究论文。该研究揭示了MEM1具有保护拟南芥基因组DNA免受损伤、且抑制ATM/SOG1介导的DDR过程。这一研究结果显示了全基因组DNA甲基化水平的增加可能会造成基因组胁迫，从而激活ATM/SOG1介导的DNA损伤响应。

该研究对一批DNA甲基化和去甲基化突变体进行methyl methanesulfonate (MMS)敏感性筛选，鉴定出mem1突变体，它对MMS的敏感性有显著的增加。然而，mem1和一些RdDM途径突变体形成的双突变体，如mem1 nrpd1, mem1 rdm1，则完全(或大部分)地恢复了这种MMS的敏感性。在MMS处理下，mem1和ros1单突变体，以及mem1 ros1双突变体都表现出明显的根系细胞死亡增强的现象。MMS处理还加剧了mem1突变体产生更多的ROS和8-oxo-dG相对含量的极显著增加。这些现象都表明了mem1突变体内DNA损伤响应过程被激活。

利用qRT-PCR和mRNA-seq测序技术检查了DDR途径的重要基因(如ATM, ATR, BRCA1, RAD51等)的表达情况，发现很多DDR途径基因的表达水平在MMS处理下显著升高。mem1突变体全基因组DNA甲基化水明显升高，且主要分布在RdDM途径的靶位点上；转录组数据分析表明，很多RdDM途径基因的表达水平在mem1突变体中显著升高。MEM1调控的基因和ATM以及SOG1调控的基因有大量的重合，而mem1突变体中这些基因的升高或降低的幅度在大多数情况下小于在atm和sog1中变化的幅度，表明MEM1可能帮助ATM和SOG1调控DNA损伤响应和修复相关基因的表达。因此，我们提出了MEM1在维持基因组DNA完整性的工作模型：MEM1具有防止DNA损伤的作用；当mem1突变后，DNA损伤加剧，这激活了DDR；激活的DDR通过某种方式导致RdDM途径因子基因表达的升高，以及ROS和8-oxo-dG含量的升高，这最终又导致了更大的DNA损伤。所以，mem1突变在两个方面上加剧了DNA损伤，即增强了DNA损伤和减弱了DNA修复能力。这一研究结果对于深入认识DNA甲基化和DNA损伤响应之间的关系奠定了重要的基础。

MEM1保护拟南芥基因组DNA免受损伤、并且抑制ATM/SOG1介导的DDR途径的机制。

beat365体育官网登录入口的博士后王倩倩为该论文的第一作者，腊红桂教授为通讯作者。该研究得到了国家自然科学基金(资助号：31771427，31970582)等项目资助。