植物DNA如何避免紫外线辐射的破坏

如果来自太阳的紫外线辐射会损害人体DNA导致健康问题，紫外线辐射是否也会破坏植物DNA?答案是肯定的，但由于植物不能从阳光下进入或在防晒霜上涂抹，因此它们具有超强的DNA修复套件。今天，2015年诺贝尔奖获得者，医学博士，博士，UNC医学院实验室已经发表了一项关于植物中这种强大的DNA修复系统的精致研究，该研究非常类似于人类和其他动物的修复系统。

该研究发表在Nature Communications上，是整个多细胞生物的第一张修复图。它揭示了与人类相比，“核苷酸切除修复”系统在植物的活性基因中的效率更高。而这种效率取决于白天/黑夜的周期。

“这些研究结果促进了我们对所有生物体中常见的DNA修复机制的理解，也可能具有实际应用，”共同通讯作者Ogun Adebali博士说，他是Sancar实验室的博士后研究员。

第一作者，Sancar实验室博士后研究员Onur Oztas博士说：“植物中的DNA损伤会影响其生长和发育，因此提高切除修复系统可能是提高作物产量的良好策略。”

Sancar，Sarah Graham Kenan生物化学和生物物理学教授，因其对切除修复的研究而获得2015年诺贝尔化学奖，现在人们普遍认为切除修复是生物体内DNA修复的主要机制 - 包括修复紫外线损伤。此修复系统的大多数先前研究已经在哺乳动物和细菌细胞中进行;关于该系统如何在植物中起作用的知之甚少。然而，植物必须具有有效的DNA修复系统，因为它们不能轻易避免阳光照射，当然也需要它来生长。

在这项研究中，Oztas及其同事使用了他们最近开发的切除修复映射技术，称为XR-seq。该技术使他们能够检测和测序在切除修复过程中从染色体上切下的短长度的受损DNA。这些DNA片段的序列可以与参考基因组上相应的DNA片段匹配，以精确定位DNA损伤正在修复的斑点。

UNC研究人员对紫外线照射的植物 - 拟南芥(Arabidopsis thaliana)进行了XR-seq扫描，拟南芥是植物研究的“实验室大鼠”，也称为拟南芥或小鼠耳水芹。得到的修复图显示，拟南芥中的切除修复对活跃的基因起作用更快。活跃时的基因转录成RNA链，然后可以转化为蛋白质，即细胞的主要机制。来自Sancar实验室的先前研究表明，切除修复对于动物和细菌中的活跃转录基因更有效。这种被称为转录偶联修复的现象被认为已经发展成为一种在最急需的地方进行DNA修复的方法。

“在这里，我们发现转录偶联修复效率的提高在植物中比在动物或细菌中更为明显，”Oztas说。

Sancar的实验室在24小时内对UV暴露的拟南芥进行了XR-seq，以发现转录偶联修复的效率也根据“昼夜节律”日/夜周期的10%至30%的拟南芥基因而变化。这反映了这些基因中转录活性的正常日变化。

“结果表明植物的切除修复与其他生物体的修复方式大致相同 - 为了最大限度地提高效率，”Oztas说。

Sancar实验室计划跟进研究，旨在解决关于植物切除修复的两个谜团。一个是敲除切除修复系统导致植物基因组突变的增加，即使植物保持在黑暗中，远离紫外线或其他形式的光。

“这意味着需要进行切除修复以修复除紫外线以外的其他未知因素造成的DNA损伤，”Oztas说。“我们希望识别和表征这些未知因素，并找出切除修复如何修复它们造成的损害类型。”

植物切除修复系统还涉及与其他生物体中发现的修复蛋白质略有不同的一组。UNC的科学家们希望确定为什么这样，以及植物特有的一组切除修复蛋白如何协同工作以保持植物基因组的良好修复。

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