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Science Advances:DNA主動去甲基化在維管發(fā)育中的作用

時間:2020/6/29閱讀:443
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子科生物報道:

2020年6月26日,北京大學生命科學學院錢偉強課題組聯(lián)合賀新強課題組,在Science Advances在線發(fā)表題為“Active DNA demethylation regulates tracheary element differentiation in Arabidopsis”的研究論文。該研究借助*的擬南芥管狀分子異位誘導系統(tǒng)VISUAL(Vascular Induced System Using Arabidopsis Leaves),通過一系列的甲基化組和轉(zhuǎn)錄組分析,確定了DNA主動去甲基化在維管發(fā)育中的作用,并揭示了木質(zhì)部管狀分子分化的表觀遺傳調(diào)控機制。

DNA甲基化(5-methylcytosine,5mC)是一種植物和動物保守的用來沉默轉(zhuǎn)座子并調(diào)節(jié)基因表達的表觀遺傳修飾。DNA甲基化模式可以通過DNA被動或主動去甲基化來改變,過去的研究證據(jù)表明,DNA去甲基化參與調(diào)節(jié)植物發(fā)育,但具體作用仍然知之甚少。在維管植物中,木質(zhì)部負責水分運輸并提供機械支撐。木質(zhì)部由管狀分子(tracheary element, TE)、薄壁組織細胞和纖維組成。TE的分化依賴復(fù)雜的轉(zhuǎn)錄因子調(diào)節(jié)網(wǎng)絡(luò)以確保木質(zhì)部組織正常發(fā)育,盡管已有眾多發(fā)現(xiàn),但表觀遺傳調(diào)控的機制(如DNA甲基化的變化)是否參與管狀分子分化尚不清楚。

在TE分化過程中,全基因組范圍內(nèi)DNA甲基化發(fā)生重編程:在近著絲粒區(qū)域的CHH類型DNA甲基化發(fā)現(xiàn)了廣泛的去甲基化,在基因組不同區(qū)域的CG、CHG和CHH序列中同樣發(fā)現(xiàn)了DNA去甲基化。雖然近著絲粒區(qū)域甲基化的降低是被動發(fā)生的,但基因組中分散區(qū)域的DNA去甲基化依賴于由DNA糖基化酶ROS1、DML2和DML3(簡稱RDD)引發(fā)的DNA主動去甲基化。重要的是,遺傳分析表明,在DNA去甲基化酶的三突變體(rdd-2)中,體外系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)TE分化過程會收到損傷,并在體內(nèi)實驗表明(擬南芥幼苗的根中)引起有木質(zhì)部發(fā)育缺陷的表型,并且通過敲除RdDM途徑的核心蛋白復(fù)合體Pol IV和Pol V的關(guān)鍵亞基,能部分回復(fù)幼根的維管發(fā)育缺陷。DNA主動去甲基化靶向作用并調(diào)節(jié)TE分化相關(guān)的許多基因,rdd-2中木質(zhì)部發(fā)育的缺陷是由多個基因的失調(diào)引起的。

此外,對Col-0野生型和rdd突變體背景的TE分化過程甲基化組和轉(zhuǎn)錄組的綜合分析發(fā)現(xiàn)由DNA主動去甲基化調(diào)節(jié)的TE分化相關(guān)基因。

本研究突出了RDD引發(fā)的DNA主動去甲基化在植物發(fā)育中的新功能,并提供了通過表觀遺傳調(diào)控機制調(diào)控TE分化的新見解。

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