責編 | 奕梵
DNA甲基化是一種表觀遺傳修飾，對於基因表達調控、沉默轉座子及維持基因組穩定性至關重要。在植物中，DNA甲基化的建立依賴於RNA介導的DNA甲基化途徑，由從頭DNA 甲基轉移酶DRM2實施，而不同型別的DNA甲基化分別由不同的蛋白進行維持。DNA甲基化一般是相對穩定的，但是也受到生物因素和非生物環境因素的影響和調節，但目前人們對環境因素調節DNA甲基化的機制還知之甚少。
2021年1月25日，江蘇省農科院植保所劉鳳權研究員課題組和美國威斯康星大學麥迪遜分校Xuehua Zhong（鍾雪花）教授課題組合作在Nature Plants 發表了題為UVR8 interacts with de novo DNA methyltransferase and suppresses DNA methylation in Arabidopsis的研究論文，揭示了DNA甲基化受紫外線調節的分子機制，為選育適應強紫外線輻射的農作物新品種提供了理論基礎。
UVB (280-315 nm) 是太陽光中直射到地球表面波長最短的光譜波段，對於生物大分子有損傷作用，人類面板的曬傷即主要由其引起。對於植物而言，UVB對其發育和環境適應具有非常重要的影響。植物因不能移動而躲避紫外線進而發展出了一系列自我保護機制。UVR8是UVB的光受體，介導植物對UVB訊號感知和轉導。過去的研究表明，UVR8能夠與下游多個蛋白和轉錄因子（如COP1，WRKY36，BES1，BIM1，MYB73和MYB77等）相互作用而調節基因的表達。
該研究以模式植物擬南芥（Arabidopsis thaliana）為物件，首先根據DRM2的免疫沉澱-質譜聯用結果，鑑定到紫外線B（UVB）的受體UVR8是潛在的與DRM2相互作用的蛋白，推測UVB可能與DNA甲基化有關。為進一步明確紫外線與DNA甲基化之間的關係，該研究利用d35S:LUC，pSDC:GFP和FWA轉基因等DNA甲基化分析系統，檢測到UVB處理能夠抑制DNA甲基化。全基因組重亞硫酸鹽測序 (Bisulfite-seq)發現，在全基因組水平上UVB處理能夠誘導大規模的DNA低甲基化。超表達UVR8的轉基因株系UVR8-OX對UVB處理更加敏感，而缺失UVR8的突變體uvr8-6對UVB不敏感，表明UVB誘導的DNA甲基化是由UVR8介導的。UVB誘導的低甲基化區域（hypo DMR）大部分與DRM2突變體中的低甲基化區域重合，而這些低甲基化區域更加傾向於富集在DNA轉座子（也稱II型轉座子，採用“剪下-貼上”的模式在基因組中跳躍）和DNA甲基化水平較高的區域。轉錄組測序證實了UVB確實能夠啟用一些轉座子的表達。
最後，該研究透過一系列生化和分子生物學試驗，證明UVR8能夠與DRM2直接相互作用，且與DRM2的N末端的UBA結構域相互作用。UVB處理後， UVR8能夠在細胞核中累積，與DRM2相互作用增強。體外的甲基轉移酶活性測定表明，新增UVR8後，DRM2的甲基轉移酶活性降低，表明UVR8與DRM2相互作用後會抑制其活性。染色質免疫沉澱（ChIP）結果也表明，UVB處理後，DRM2與染色質和DNA的結合受到抑制，並且該過程依賴於UVR8。
圖：UVB和UVR8調節植物DNA甲基化的工作模式。
綜上所述，該研究揭示了UVB透過其光受體UVR8與DNA 甲基轉移酶DRM2互作進而抑制植物中DNA甲基化的分子機制，豐富了人們對環境因素調節DNA甲基化機制的理解。DRM2和UVR8在高等植物中廣泛存在，因此，推測在重要農作物中也存在類似機制，這為在強光照、高海拔等紫外線輻射強烈地區選育適應強光照、高海拔等紫外線輻射強烈地區性強的農作物新品種提供了理論基礎。
聯合培養博士後蔣建軍為論文的第一作者，劉鳳權研究員與鍾雪花教授為論文共同通訊作者。該研究得到了NIH及USDA資助，蔣建軍博士受到中國博新計劃和江蘇省農科院博士後資金資助。
文章連結：
https://www.nature.com/articles/s41477-020-00843-4
鍾雪花研究組目前擬招收1-2個博士後，詳細資訊見:
http://zhonglab.genetics.wisc.edu