植物DNA去甲基化的機理和功能

2020-11-28 生物谷



10月19日，Journal of Integrative Plant Biology（JIPB）在線發表了中國科學院分子植物科學卓越創新中心上海植物逆境生物學研究中心郎曌博研究組題為The mechanism and function of active DNA demethylation in plants 的綜述論文。這篇文章概述了最新的植物中DNA去甲基化的調控機理，以及其在模式植物和作物中的生物學功能。

DNA甲基化修飾主要指5-甲基胞嘧啶（5mC），它是一種可逆的表觀

遺傳

修飾。在植物中，基因組上的5mC 可以由ROS1 家族蛋白介導切掉，之後再由鹼基修復機制合成非甲基化胞嘧啶，從而造成基因組的DNA去甲基化。因此，ROS1家族蛋白也被稱為DNA去甲基化酶（擬南芥中有四個DNA去甲基化酶編碼基因，包括AtROS1，AtDME，AtDML2和AtDML3)。該綜述總結了最新的DNA去甲基化的分子機理，著重概述了調控ROS1功能的IDM和SWR1蛋白複合體，以及調控DME的FACT複合體。IDM複合體中的DNA甲基化結合蛋白MBD7結合高度甲基化的基因組區域，通過招募其他的抗沉默因子IDM1、IDM2和IDM3形成蛋白複合體，IDM1催化組蛋白乙醯化，形成有利於AtROS1工作的染色質環境。SWR1複合體中的MBD9和NPX1可以與IDM1催化形成的乙醯化組蛋白結合，從而促進SWR1複合體調控積累H2A.Z，H2A.Z可以與ROS1互作從而調控 DNA去甲基化和抗基因沉默。

DNA甲基化是重要的表觀

遺傳

標記，在植物的生長發育過程中具有重要的作用。該綜述總結了DNA 去甲基化通路在植物生長發育以及脅迫響應中的最新研究成果：1）DME和ROS1在調控印跡基因表達中的作用；2）重點闡述了近期發現的DNA去甲基化在果實發育和成熟中的作用；3）總結了DNA去甲基化在生物和非生物脅迫中的重要作用；4）在根瘤發育和根瘤固氮中具有重要作用。

同時，論文也提出，DNA去甲基化研究中尚待解決的問題，例如DNA去甲基化酶是如何精準地作用到靶位點上，目前除了在擬南芥中發現的IDM， SWR1及FACT複合體外，是否有其他的途徑，而且在其他作物如番茄中DNA去甲基化酶的精準調控機理都還未被發掘。另外，該論文提出把

表觀遺傳學

結合目前熱門的基因編輯應用到作物上，從而引入表觀遺傳變異以增加表型的多樣性，這對於改良農藝性狀，加速

遺傳

育種具有重要的經濟學意義。(

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