植物DNA去甲基化的机理和功能

科技工作者之家 2019-10-27

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 AtDML2AtDML3)。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。

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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。

来源:frontiersin 植物科学最前沿

原文链接:http://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MzIyOTY2NDYyNQ==&mid=2247493098&idx=3&sn=d88d577ce021534a4eb31bca4cfdb22c&chksm=e8bd97f4dfca1ee21a9f44a57d15be42a45dfb2783b8af5779e588b4f2e75f0af920edd39f72&scene=27#wechat_redirect

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