浙江大學(xué)等單位合作解析CG甲基化與其他表觀遺傳特征之間的聯(lián)系

2021年5月26日，浙江大學(xué)愛丁堡大學(xué)聯(lián)合學(xué)院劉琬璐研究員團(tuán)隊(duì)與加州大學(xué)洛杉磯分校Steven E.Jacobsen教授合作在《Nature Communications》雜志發(fā)表了題為“Ectopic targeting of CG DNA methylation in Arabidopsis with the bacterial SssI methyltransferase”的研究論文。該研究通過zinc fingers（ZF）將細(xì)菌內(nèi)特有的甲基轉(zhuǎn)移酶Spiroplasma sp. strain MQ1 CG methyltransferase M.SssI （SssI）靶向擬南芥FLOWERING WAGENINGEN（FWA）基因的啟動(dòng)子。構(gòu)建了可遺傳的FWA基因啟動(dòng)子CG甲基化擬南芥模型，同時(shí)在擬南芥的全基因組上觀察到了大量廣泛分布的異位CG甲基化。通過WGBS、ChIP-seq、ATAC-seq等技術(shù)手段，定位了擬南芥上差異性甲基化區(qū)域（Differentially methylated region，DMR），分析了DMR上的其他表觀遺傳特征，探究了CG甲基化與其他表觀遺傳特征的聯(lián)系；同時(shí)，通過分析多代擬南芥間的DMR，研究了異位CG甲基化的遺傳特性。

DNA甲基化作為一種廣泛存在于生物體的表觀遺傳修飾，參與基因表達(dá)調(diào)控、轉(zhuǎn)座子沉默、基因印記、X染色體沉默等重要生物學(xué)過程。植物DNA甲基化包括CG，CHG和CHH甲基化（H代表A、T、C），其中CG甲基化由DNA甲基化轉(zhuǎn)移酶MET1（動(dòng)物DNMT1同源蛋白）維持，CHG和CHH由植物特異的DNA甲基化轉(zhuǎn)移酶CMT3、DRM2及CMT2維持。在基礎(chǔ)研究和農(nóng)業(yè)領(lǐng)域，通過zinc fingers（ZF），TAL或者CRISPR/Cas9等技術(shù)手段修改植物特定位點(diǎn)的DNA甲基化水平，實(shí)現(xiàn)對(duì)基因表達(dá)水平的調(diào)控是一種重要的研究方式；然而，通過修改植物特定位點(diǎn)的表觀遺傳信息產(chǎn)生的異位DNA甲基化（ectopic DNA methylation）的性質(zhì)，尤其是異位DNA甲基化與其他表觀遺傳特征的聯(lián)系和異位DNA甲基化的遺傳特性目前尚不清楚。通過與其他表觀遺傳特性的對(duì)比，研究發(fā)現(xiàn)異位CG甲基化更容易發(fā)生在更不開放的染色質(zhì)環(huán)境中。雖然異位CG甲基化在基因區(qū)域富集，但是異位甲基化對(duì)于這些基因的表達(dá)并沒有明顯的影響。還觀測(cè)到存在異位CG甲基化的基因的組蛋白H2A.Z和H3K27me3修飾有明顯的下調(diào)，同時(shí)，通過對(duì)4代擬南芥的CG甲基化的區(qū)域分析，發(fā)現(xiàn)這些異位CG甲基化區(qū)域具有明顯的遺傳性。這些結(jié)果闡釋了植物CG甲基化與其他表觀遺傳特征之間的聯(lián)系，對(duì)于未來表觀遺傳領(lǐng)域的研究有所幫助。