植物DNA去甲基化的机理和功能

来源：植物科学最前沿

近日，JIPB 在线发表了中国科学院植物逆境中心郎曌博团队题为 “The mechanism and function of active DNA demethylation in plants”的综述论文（http://www.jipb.net/EN/10.1111/jipb.12879）。该文章概述了最新的植物中DNA去甲基化的调控机理，以及其在模式植物和作物中的生物学功能。

DNA 甲基化修饰主要指5-甲基胞嘧啶（5mC），它是一种可逆的表观遗传修饰。在植物中，基因组上的5mC 可以由ROS1 家族蛋白介导切掉，之后再由碱基修复机制合成非甲基化胞嘧啶，从而造成基因组的DNA 去甲基化。因此，ROS1 家族蛋白也被称为 DNA去甲基化酶（拟南芥中有四个DNA去甲基化酶编码基因，包括AtROS1，AtDME， AtDML2和AtDML3）。该综述总结了最新的DNA去甲基化的分子机理，着重概述了调控ROS1功能的IDM 和SWR1蛋白复合体，以及调控DME的FACT复合体。IDM复合体中的DNA甲基化结合蛋白MBD7结合高度甲基化的基因组区域，通过招募其他的抗沉默因子IDM1, IDM2和IDM3形成蛋白复合体，IDM1催化组蛋白乙酰化，形成有利于AtROS1工作的染色质环境。SWR1复合体中的MBD9和NPX1可以与IDM1催化形成的乙酰化组蛋白结合，从而促进SWR1复合体调控积累H2A.Z， H2A.Z可以与ROS1互作从而调控 DNA去甲基化和抗基因沉默。

DNA甲基化是重要的表观遗传标记，在植物的生长发育过程中具有重要的作用。该综述总结了DNA 去甲基化通路在植物生长发育以及胁迫相应中的最新研究成果: 1）DME和ROS1在调控印迹基因表达中的作用; 2）重点阐述了在近期发现的DNA去甲基化在果实发育和成熟中的作用; 3）总结了DNA去甲基化在生物和非生物胁迫中的重要作用；4）在根瘤发育和根瘤固氮中具有重要作用。

同时，该综述论文也提出，DNA去甲基化研究中尚待解决的问题，例如DNA去甲基化酶是如何精准的作用到靶位点上，目前除了在拟南芥中发现的IDM, SWR1及FACT复合体外，是否有其他的途径，而且在其他作物如番茄中DNA去甲基化酶的精准调控机理都还未被发掘。另外，该论文提出把表观遗传学结合目前热门的基因编辑应用到作物上，从而引入表观遗传变异以增加表型的多样性，这对于改良农艺性状，加速遗传育种具有重要的经济学意义。

中科院植物逆境中心郎曌博组助理研究员刘瑞娥为论文的第一作者，郎曌博研究员为论文的通讯作者，相关工作得到中科院战略性先导专项的资助。