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加快打造原始創(chuàng)新策源地，加快突破關(guān)鍵核心技術(shù)，努力搶占科技制高點，為把我國建設(shè)成為世界科技強國作出新的更大的貢獻(xiàn)。

——習(xí)近平總書記在致中國科學(xué)院建院70周年賀信中作出的“兩加快一努力”重要指示要求

面向世界科技前沿、面向經(jīng)濟(jì)主戰(zhàn)場、面向國家重大需求、面向人民生命健康，率先實現(xiàn)科學(xué)技術(shù)跨越發(fā)展，率先建成國家創(chuàng)新人才高地，率先建成國家高水平科技智庫，率先建設(shè)國際一流科研機(jī)構(gòu)。

——中國科學(xué)院辦院方針

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分子植物卓越中心在DNA甲基化跨代遺傳研究中取得進(jìn)展

2020-06-11 分子植物科學(xué)卓越創(chuàng)新中心

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語音播報

　　6月8日，Nature Plants 期刊在線發(fā)表了中國科學(xué)院分子植物科學(xué)卓越創(chuàng)新中心朱健康研究組題為Epigenetic memory marks determine epiallele stability at loci targeted by de novo DNA methylation 的研究論文。該研究首次發(fā)現(xiàn)DNA從頭甲基化的改變也能穩(wěn)定遺傳的現(xiàn)象，并闡明了DNA甲基化和組蛋白修飾等多種表觀遺傳修飾機(jī)制共同決定了從頭甲基化通路—RdDM依賴的表觀等位基因的形成分子機(jī)制。

　　DNA甲基化作為真核生物中最常見的表觀遺傳修飾之一，其信息能否跨代傳遞對維持表觀基因組穩(wěn)定性和表觀等位基因的形成及傳代都是至關(guān)重要的。作為植物中的從頭甲基化通路，RNA介導(dǎo)的DNA甲基化(RdDM)通路負(fù)責(zé)所有序列類型（CG, CHG, CHH, H代表A, C, T）的DNA甲基化的從頭建立。通常認(rèn)為該通路靶位點處DNA甲基化的改變是不能穩(wěn)定遺傳的，但全基因組范圍內(nèi)DNA從頭甲基化的跨代遺傳情況尚不清楚。

　　RNA聚合酶Pol IV負(fù)責(zé)產(chǎn)生的24-nt siRNA是RdDM途徑的關(guān)鍵一環(huán)。該研究通過分析模式植物擬南芥Pol IV最大亞基NRPD1敲除突變體轉(zhuǎn)基因互補株系的DNA甲基化恢復(fù)情況，將RdDM靶位點分為兩類：甲基化丟失后可以恢復(fù)的CD位點和不能恢復(fù)的ND位點。生物信息學(xué)分析表明CD和ND位點的多種遺傳及表觀遺傳特征是不同的。相較于CD位點，ND位點富含較高水平的活性染色質(zhì)標(biāo)記，如組蛋白H3K4me3修飾和H3K18ac修飾；另一方面，不同于ND位點在nrpd1突變體中幾乎丟失了所有序列類型的DNA甲基化，CD位點在突變體中依然保留了部分CG以及CHG甲基化。這些特征可能導(dǎo)致了它們在DNA甲基化丟失后恢復(fù)過程中的不同表現(xiàn)。

　　研究人員通過敲除組蛋白H3K4甲基轉(zhuǎn)移酶將部分ND位點轉(zhuǎn)變?yōu)镃D位點，證明ND位點處較高水平的H3K4me3修飾會阻礙RdDM組分的招募。此外，敲除DNA去甲基化酶ROS1后也會導(dǎo)致部分ND位點轉(zhuǎn)變?yōu)镃D位點，表明較高水平的H3K18ac修飾可能通過招募DNA去甲基化酶到ND位點進(jìn)行去甲基化，進(jìn)而阻礙RdDM通路在此處建立DNA甲基化。研究人員進(jìn)一步利用CRISPR/dCas9-TET1cd表觀基因組定點編輯系統(tǒng)對nrpd1突變體中特定CD位點保留的mCG和mCHG進(jìn)行定向去甲基化，之后即使恢復(fù)NRPD1基因的正常功能，也不能在這些位點從頭起始DNA甲基化，證明了CD位點在nrpd1突變體中保留的CG和CHG甲基化可以作為記憶標(biāo)記招募RdDM組分。

　　該研究揭示了從頭（de novo）DNA甲基化穩(wěn)定遺傳的機(jī)制，為深入了解表觀等位基因的形成及穩(wěn)定遺傳提供了線索。

　　朱健康研究組博士生李靜雯為論文的第一作者，朱健康為論文的通訊作者。該研究得到中科院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項的資助。

　　文章鏈接

RdDM靶位點處表觀等位基因穩(wěn)定性及跨代遺傳機(jī)制

　　6月8日，Nature Plants 期刊在線發(fā)表了中國科學(xué)院分子植物科學(xué)卓越創(chuàng)新中心朱健康研究組題為Epigenetic memory marks determine epiallele stability at loci targeted by de novo DNA methylation 的研究論文。該研究首次發(fā)現(xiàn)DNA從頭甲基化的改變也能穩(wěn)定遺傳的現(xiàn)象，并闡明了DNA甲基化和組蛋白修飾等多種表觀遺傳修飾機(jī)制共同決定了從頭甲基化通路—RdDM依賴的表觀等位基因的形成分子機(jī)制。
　　DNA甲基化作為真核生物中最常見的表觀遺傳修飾之一，其信息能否跨代傳遞對維持表觀基因組穩(wěn)定性和表觀等位基因的形成及傳代都是至關(guān)重要的。作為植物中的從頭甲基化通路，RNA介導(dǎo)的DNA甲基化(RdDM)通路負(fù)責(zé)所有序列類型（CG, CHG, CHH, H代表A, C, T）的DNA甲基化的從頭建立。通常認(rèn)為該通路靶位點處DNA甲基化的改變是不能穩(wěn)定遺傳的，但全基因組范圍內(nèi)DNA從頭甲基化的跨代遺傳情況尚不清楚。
　　RNA聚合酶Pol IV負(fù)責(zé)產(chǎn)生的24-nt siRNA是RdDM途徑的關(guān)鍵一環(huán)。該研究通過分析模式植物擬南芥Pol IV最大亞基NRPD1敲除突變體轉(zhuǎn)基因互補株系的DNA甲基化恢復(fù)情況，將RdDM靶位點分為兩類：甲基化丟失后可以恢復(fù)的CD位點和不能恢復(fù)的ND位點。生物信息學(xué)分析表明CD和ND位點的多種遺傳及表觀遺傳特征是不同的。相較于CD位點，ND位點富含較高水平的活性染色質(zhì)標(biāo)記，如組蛋白H3K4me3修飾和H3K18ac修飾；另一方面，不同于ND位點在nrpd1突變體中幾乎丟失了所有序列類型的DNA甲基化，CD位點在突變體中依然保留了部分CG以及CHG甲基化。這些特征可能導(dǎo)致了它們在DNA甲基化丟失后恢復(fù)過程中的不同表現(xiàn)。
　　研究人員通過敲除組蛋白H3K4甲基轉(zhuǎn)移酶將部分ND位點轉(zhuǎn)變?yōu)镃D位點，證明ND位點處較高水平的H3K4me3修飾會阻礙RdDM組分的招募。此外，敲除DNA去甲基化酶ROS1后也會導(dǎo)致部分ND位點轉(zhuǎn)變?yōu)镃D位點，表明較高水平的H3K18ac修飾可能通過招募DNA去甲基化酶到ND位點進(jìn)行去甲基化，進(jìn)而阻礙RdDM通路在此處建立DNA甲基化。研究人員進(jìn)一步利用CRISPR/dCas9-TET1cd表觀基因組定點編輯系統(tǒng)對nrpd1突變體中特定CD位點保留的mCG和mCHG進(jìn)行定向去甲基化，之后即使恢復(fù)NRPD1基因的正常功能，也不能在這些位點從頭起始DNA甲基化，證明了CD位點在nrpd1突變體中保留的CG和CHG甲基化可以作為記憶標(biāo)記招募RdDM組分。
　　該研究揭示了從頭（de novo）DNA甲基化穩(wěn)定遺傳的機(jī)制，為深入了解表觀等位基因的形成及穩(wěn)定遺傳提供了線索。
　　朱健康研究組博士生李靜雯為論文的第一作者，朱健康為論文的通訊作者。該研究得到中科院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項的資助。
　　文章鏈接
　　RdDM靶位點處表觀等位基因穩(wěn)定性及跨代遺傳機(jī)制

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