8月28日，PNAS在線發(fā)表了中國(guó)科學(xué)院分子植物科學(xué)卓越創(chuàng)新中心研究員朱健康研究組完成的題為Pathway conversion enables a double-lock mechanism to maintain DNA methylation and genome stability的研究論文。該研究揭示一種維持植物DNA甲基化和基因組穩(wěn)定的新機(jī)制。

無(wú)論是哺乳動(dòng)物還是植物，其基因組上胞嘧啶堿基第5個(gè)碳原子上都存在甲基化（-CH3）的修飾。除了正常的基因以外，基因組中還存在大量的跳躍基因，活躍的跳躍基因?qū)τ谏飩€(gè)體是危險(xiǎn)的，這是由于它們的移動(dòng)會(huì)破壞基因組的結(jié)構(gòu)。DNA甲基化修飾的核心功能是“殺死”這些跳躍基因，讓它們一直處于被抑制的狀態(tài)。因而，生物個(gè)體是如何維持跳躍基因上面致密的DNA甲基化修飾是表觀遺傳領(lǐng)域中的重要研究方向。

植物中，多種DNA甲基化調(diào)控通路合作維持不同基因組位置的跳躍基因上致密的DNA甲基化狀態(tài)。此前，一個(gè)“靜止”模型被普遍接受，即基因組中給定的跳躍基因其DNA甲基化是由特定的途徑維持，如尺寸較長(zhǎng)的跳躍基因的中間部分的CHH甲基化由CMT2維持；而其邊緣部分和短尺寸的跳躍基因的CHH甲基化則由RNA介導(dǎo)的DNA甲基化（RdDM）途徑維持。

不同于先前的模型，在本研究中，研究發(fā)現(xiàn)染色質(zhì)重塑因子DDM1突變后，接近1000個(gè)CMT2維持DNA甲基化的位點(diǎn)轉(zhuǎn)變?yōu)镽dDM途徑維持，表明在某些情況下，對(duì)于給定位點(diǎn)DNA甲基化的維持并不是一成不變的，而是可以靈活轉(zhuǎn)換的，因而DNA甲基化的維持途徑在給定位點(diǎn)是可修改的?？蒲腥藛T將這個(gè)機(jī)制命名為CMT2-至-RdDM通路。進(jìn)一步，研究通過(guò)多突變體阻斷CMT2到RdDM通路的轉(zhuǎn)換發(fā)現(xiàn)大量的跳躍基因被激活，且在相應(yīng)的突變體中跳躍，表明通路轉(zhuǎn)換對(duì)于維持基因組的穩(wěn)定是必須的。研究提出一種“雙保險(xiǎn)”設(shè)想：RdDM通路功能缺乏時(shí)，染色質(zhì)重塑因子DDM1依賴的DNA甲基化維持途徑保證跳躍基因處于沉默狀態(tài)；當(dāng)DDM1功能缺乏時(shí)，RdDM途徑包括新發(fā)現(xiàn)的CMT2-至-RdDM途徑能夠抑制跳躍基因。

研究工作得到中科院的資助。

論文鏈接

分子植物卓越中心揭示維持DNA甲基化和基因組穩(wěn)定的新機(jī)制

來(lái)源： 分子植物科學(xué)卓越創(chuàng)新中心