近日，上海交通大学生命科学技术学院、微生物代谢国家重点实验室邓子新院士团队由德林教授研究组与张大兵教授团队杨立桃教授研究组合作，在DNA磷硫酰化修饰研究方面取得新进展，在《PLoS Genetics》发表了题为“Quantitative mapping of DNA phosphorothioatome reveals phosphorothioate heterogeneity of low modification frequency”的研究论文。该研究发展了PT-IC-seq和PT-IC-ddPCR两种技术，首次定量地检测了基因组上DNA磷硫酰化修饰位点，揭示了磷硫酰化修饰在全基因组水平上的修饰都存在细胞之间异质性（heterogeneity）。博士生李金丽、硕士生陈依、郑涛博士、孔令新博士为论文共同第一作者。

DNA是重要的遗传物质，储存着所有蛋白质和RNA的全部遗传信息。DNA上的任何一个微小的变化都有可能改变生命的遗传信息，影响生命活动，如经典的DNA甲基化修饰在生物界具有保护遗传稳定，调控DNA复制、转录以及翻译过程等重要功能。DNA磷硫酰化修饰是由中国科学家邓子新院士发现的，DNA骨架上硫原子取代磷原子上的非桥联氧原子形成一种新型DNA修饰。它突破了DNA由碳、氢、氧、氮、磷五种元素构成的结论，拓展了经典的DNA组成，引起了国内外广泛关注。多年来，围绕这一新型DNA修饰的探索已逐步形成了一个全新的研究方向，是我国在基础生命科学研究领域的一个重要的原创性贡献。2014年，由德林教授研究组利用单分子实时测序和碘切割依赖的测序技术绘制了大肠杆菌基因组DNA磷硫酰化修饰图谱，但这种新型DNA修饰的基因组分布规律和修饰频率尚未知。

在本研究中，研究团队将碘乙醇对磷硫酰化修饰位点的特异性切割和新一代DNA测序技术结合起来，开发了PT-IC-seq技术，该技术可以用于高通量研究全基因组水平上每个磷硫酰化位点的修饰频率。PT-IC-seq分析发现，在大肠杆菌B7A和沙门氏菌Serovar Cerro 87中大多数修饰位点都是保持着较低（<5%）的磷硫酰化修饰频率，并且它们都表现出类似于甲基化修饰的异质性特点。随后，研究人员又引入了微滴式数字PCR技术，开发了可以绝对定量的PT-IC-ddPCR方法，相关分析进一步印证了DNA磷硫酰化修饰具有低频和异质性特征的重要发现。类似于甲基化异质性，这种磷硫酰化异质性是否可能使细菌在逆性环境下增加群体生存而赋予种群进化上的优势，目前还不得而知。
 

由德林教授研究组在过去十余年中持续关注DNA磷硫酰化修饰的生物学研究，分别在Nature Communications （2014）、Journal Biological Chemistry（2016）、 Molecular Microbiology （2015）、Nucleic Acids Research （2010）、Molecular Microbiology （2014）上发表文章，解析了DNA磷硫酰化修饰基因组图谱、修饰基因的功能和转绿水平上的调控机制，以及发现DNA磷硫酰化修饰限制系统并阐明了其作用机制。该工作是这种新型DNA骨架修饰生物学研究上的又一重要进展，相关研究为磷硫酰化修饰在全基因组水平的精确定位和定量鉴定提供了重要工具，对揭示修饰的过程和修饰的生理功能具有重要的指导意义。
 

该研究得到了国家自然科学基金、973计划和上海市浦江人才计划等项目的资助。

论文链接：

https://journals.plos.org/plosgenetics/article?id=10.1371/journal.pgen.1008026