PNAS | Jacobsen/劉琬璐合作團隊發現植物DNA甲基化調控的染色質開放性影響基因組三維空間結構

責編 | 王一

DNA甲基化作為一種廣泛存在於生物體的表觀遺傳修飾，參與基因表達調控、轉座子沉默、基因印記、X染色體沉默等重要生物學過程。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甲基化轉移酶MET1（動物DNMT1同源蛋白）維持，CHG和CHH由植物特異的DNA甲基化轉移酶CMT3，DRM2及CMT2維持【1】。在擬南芥中，DNA甲基化的建立依賴於RNA-directed DNA methylation (RdDM)途徑。此前大量研究揭示了上述基因和途徑在植物DNA甲基化建立和維持過程中的重要功能，也積累了豐富的突變體資源，有助於後續研究DNA甲基化參與的具體生物學過程。植物CG，CHG和CHH甲基化的程度和分佈上也存在一定差異，然而這些差異的具體生物學功能，特別是對基因組三維結構的影響還有待進一步研究。

近日，加州大學洛杉磯分校Steve Jacobsen教授團隊與浙江大學愛丁堡大學聯合學院劉琬璐研究員團隊合作在PNAS雜誌發表題為DNA methylation-linked chromatin accessibility affects genomic architecture in Arabidopsis的研究論文。該研究利用ATAC-seq（Assay for Transposase-Accessible Chromatin using sequencing）技術【2】結合全基因組甲基化和三維基因組資料，對18個完全或部分缺失CG，CHG和CHH的擬南芥突變體進行分析，揭示了植物DNA甲基化調控的染色質開放性對基因組三維空間結構的影響。

研究發現CG，CHG和CHH都在一定程度上影響了異染色質區域的染色質開放性（圖一A-C），其中以CG的影響最為顯著（圖一D，G），且三者存在功能冗餘，即同時失去三種甲基化的區域染色質開放性的影響最為明顯。有意思的是，染色質開放性的增加在很多時候並沒有伴隨轉座子的啟用；在met1突變體中許多轉座子位點同時丟失了CG，CHG和CHH，但這些轉座子卻仍處於抑制狀態，表明DNA甲基化在這些位點發揮染色質摺疊（chromatin compaction）功能。

圖一

此外，作者還發現DNA甲基化調控的染色質開放區域的基因組三維空間結構也受到了影響，這些區域內的基因組短距離三維空間結構互做減弱，而長距離基因組三維空間結構互做卻增強了（圖二）。

圖二

加州大學洛杉磯分校博士後鍾振暉為論文第一作者，加州大學洛杉磯分校Steve Jacobsen教授與浙江大學愛丁堡大學聯合學院劉琬璐研究員為論文通訊作者， Suhua Feng，Sascha H. Duttke，Magdalena E. Potok，Javier Gallego-Bartolomé以及浙江大學愛丁堡大學聯合學院張逸為等參與了該研究。

參考文獻

1. J. A. Law, S. E. Jacobsen, Establishing, maintaining and modifying DNA methylation patterns in plants and animals. Nature Reviews Genetics 11, 204-220 (2010).2. J. D. Buenrostro, P. G. Giresi, L. C. Zaba, H. Y. Chang, W. J. Greenleaf, Transposition of native chromatin for fast and sensitive epigenomic profiling of open chromatin, DNA-binding proteins and nucleosome position. Nature methods 10, 1213 (2013).

原文連結：

https://www.pnas.org/content/118/5/e2023347118