来源：iNature
已知在拟南芥中，DNA甲基转移酶MET1和CMT3分别负责维持对称CG和CHG位点的DNA甲基化。但是，尚不清楚甲基转移酶基因的表达如何在不同的细胞状态下受到调节，以及表达的变化是否会影响全基因组水平的DNA甲基化。2020年7月13日，NIBS的何新建团队在Nature Plants 在线发表题为“DREAM complex suppresses DNA methylation maintenance genes and precludes DNA hypermethylation”的研究论文，该研究使用反向遗传筛选，确定了TCX5，一种含有tesmin / TSO1的CXC域蛋白，并证明它是维持DNA甲基化所需的基因的转录阻遏物（包括MET1，CMT3，DDM1，KYP和VIM） 。 TCX5与其旁系同源物TCX6在抑制这些基因的表达中具有冗余的功能。在tcx5tcx6双重突变体中，这些基因的表达显著增加，从而导致全基因组水平的CHG位点和CG位点的DNA甲基化显着增加。此外，全基因组DNA甲基化分析表明，在分化的静态细胞中，CG和CHG甲基化水平低于野生型中的分裂细胞，但在tcx5 / 6突变体中却相当，这表明需要TCX5 / 6来维持两种细胞类型之间DNA甲基化的差异。该研究确定了包含TCX5 / 6的多亚基复合物，在其他真核生物中被称为DREAM，并证明了拟南芥DREAM组分整体上起着阻止DNA超甲基化的作用。鉴于DREAM复合物从植物到动物都是保守的，因此DREAM复合物对DNA超甲基化的影响可能代表了真核生物中的保守机制。根系相关的土壤细菌会强烈影响植物的适应性。DNA甲基化是表观遗传标记，对许多基本生物学过程都很重要。然而，它在植物与有益微生物相互作用中的作用仍然难以捉摸。2020年7月13日，中国科学院逆境中心张惠明及朱健康等人合作在Nature Plants 在线发表题为“DNA demethylases are required for myo-inositol-mediated mutualism between plants and beneficial rhizobacteria”的研究论文，该研究发现拟南芥中的DNA主动去甲基化控制了肌醇的根系分泌，从而控制了由巨大芽孢杆菌YC4菌株引发的植物生长。根系分泌的肌醇对于YC4定植至关重要，并在被检查的细菌物种中优先吸引巨大芽孢杆菌。DNA主动去甲基化在控制肌醇稳态中拮抗RNA定向的DNA甲基化。重要的是，该研究证明了DNA主动去甲基控制YC4和番茄之间的肌醇介导的共生关系，从而暗示了这种表观遗传调控机制的保守性质。
对称CHG（H是A，T或C）位点的DNA甲基化仅由植物特异性DNA甲基转移酶CMT3维持。Su（var）3-9样组蛋白甲基转移酶KYP / SUVH4，SUVH5和SUVH6介导抑制性组蛋白修饰H3K9me2，并与CMT3协同作用，以促进CHG甲基化和组蛋白H3K9二甲基化之间的前馈环。DNA甲基转移酶DRM2通过RdDM途径，以在CHH位点和较小的CG和CHG位点介导从头DNA甲基化。
DNA甲基化可以通过碱基切除修复途径（由甲基胞嘧啶糖基化酶家族启动）来去甲基化。5-甲基胞嘧啶糖基化酶ROS1，DML2和DML3普遍表达并在与蛋白质编码基因相邻的转座因子上介导DNA主动去甲基化，从而防止DNA甲基化和附近基因的转录沉默。
5-甲基胞嘧啶糖基化酶DME在中央细胞和营养细胞中均特异性表达，以介导DNA去甲基化，从而分别增强雌性和雄性配子的转座子甲基化，增强了跨代的转座子沉默和基因组稳定性。尽管DME依赖的DNA去甲基化发生在胚乳的母体基因组中而不发生在父本基因组中，但是胚乳中母本和父本基因组的DNA甲基化水平都比胚胎中低，这表明DME的独立机制可能导致胚乳的DNA去甲基化。当甲基化维持基因如MET1和CMT3的表达减少时，DNA去甲基化也可以被动发生。但是，很大程度上未知这些基因的表达如何减少以及这种减少是否导致全基因组DNA去甲基化。
植物中编码维持性DNA甲基转移酶的基因在分裂细胞中高表达，但在分化的静止细胞中却不表达，这表明维持DNA甲基化与细胞分裂的速度协调一致，从而确保DNA甲基化后半甲基化的DNA可以完全被甲基化。众所周知，数百个细胞周期基因的表达在细胞分裂过程中受到周期性调节。视网膜母细胞瘤（RB）-E2F通路负责调节细胞周期基因的表达。
在哺乳动物中，RB样蛋白与DP1，E2Fs和MuvB核心成分相互作用，从而形成了一个多亚基复合物，现在被称为DREAM（DP，RB样蛋白，E2F和MuvB核心）复合物。MuvB内核包括LIN9，LIN37，LIN52，LIN54和RBBP4。DREAM复合体起着细胞周期基因的转录阻遏物的作用，是启动静止细胞状态所必需的。在拟南芥中，DREAM复杂亚基的部分直向同源物在调节细胞周期基因的表达方面具有保守作用，从而影响其生长发育。考虑到在细胞分裂期间DNA复制后不久就发生了DNA甲基化的维持，所以维持DNA甲基化所需的基因的表达是否受DREAM复合物调控尚有待确定。
在该研究中进行了反向遗传筛选，以鉴定DNA去甲基化的新调节蛋白，从而鉴定出TCX5，TCX5是一种类似tesmin / TSO1的CXC域的转录因子。随后的实验表明，TCX5及其紧密同源物TCX6不仅在转座子上而且在基因侧翼区域都发挥着冗余的作用，以防止DNA超甲基化，从而抑制了转录沉默。TCX5和TCX6（TCX5 / 6）与细胞周期基因的启动子以及维持DNA甲基化所需的基因的启动子结合，从而抑制这些基因的表达。相反，它们不影响涉及RNA指导的DNA甲基化的基因的表达。
该研究通过抑制甲基化维持基因的表达，证明了TCX5 / 6阻止了分化的静态细胞中的DNA高甲基化，并且在较小程度上阻止了分裂细胞中的DNA高甲基化。该研究还确定了一个完整的拟南芥DREAM复合物，并证明TCX5 / 6在调控DNA去甲基作用中是该复合物的亚基。这项研究揭示了DNA甲基化的维持如何与不同组织中的细胞分裂相协调，并证明了DREAM复合物通过减少甲基化维持基因的表达来阻止基因组DNA超甲基化。
来源：Plant_ihuman iNature
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