Plant Physiol | 南京农业大学张文利课题组在全基因组水平鉴定水稻单链DNA

在真核生物基因组特定区域，B型双链DNA需暂时转化为单链DNA（ssDNA），以完成DNA相关的生物学过程，如DNA复制、基因转录和DNA修复等。此外，ssDNA还广泛存在于R环、三螺旋结构、C/G-四链体、十字结构、发卡结构及左手Z-DNA等非B型DNA结构中，这些结构对基因组稳定性、基因转录及人类疾病的发生等过程具有重要的调控功能。部分非B型DNA结构可通过特定抗体、蛋白或配体识别等进行鉴定。目前，与非植物系统相比，植物基因组中ssDNA的表征研究相对滞后，特别是，不依赖于抗体的ssDNA鉴定方法在植物中仍鲜有报道。

近日，南京农业大学张文利教授课题组在Plant Physiology在线发表了题为“Genome-wide characterization of single-stranded DNA in rice”的研究论文，在全基因组水平上鉴定了水稻中的ssDNA。

该研究利用S1核酸酶切割单链DNA结合末端标记和测序方法（ISS1-seq），在全基因组水平表征了水稻ssDNA，发现ssDNA与多种非B型DNA结构和功能基因组位点相关，并具有独特的表观遗传特征；ssDNA可能独立或与非B型DNA结构、功能基因组位点及表观修饰一起共同调控基因转录。此外，ssDNA对水稻基因组中不同类型转座子（TEs）的活性和进化具有不同的影响。

将全基因组ssDNA分成正向和反向链特异（For/Rev_ssDNA）和共有ssDNA（Common ssDNA）3个亚类，发现在3种亚型ssDNA中，DNA-6mA含量较低，但DNA-4acC含量较高，其中，DNA-4acC在Common ssDNA中富集水平最高。通过多组学数据联合分析发现，ssDNA亚型具有不同的表观遗传特征。

结合转座子数据发现，不同亚型的ssDNA对不同类型的TEs活性具有不同的影响，对保守TEs的影响更大，表明在水稻驯化过程中，ssDNA对TE进化具有重要调控作用。

综上所述，该研究为在全基因组水平鉴定ssDNA及其功能分析提供了一种新的组学方法，为进一步探究植物ssDNA及其生物学功能提供了新的研究思路。

南京农业大学专硕生彭宇潋、硕士生赵鹏涛和博士生李兆国为论文共同第一作者，张文利教授为论文通讯作者。该研究得到了国家重点研发计划和国家自然科学基金等课题的资助，同时感谢南京农业大学作物遗传与种质创新利用全国重点实验室及南京农业大学生物信息学研究中心为本研究提供的支持。

论文链接：

https://doi.org/10.1093/plphys/kiae357