刘琬璐合作团队发现植物DNA甲基化调控的染色质开放性影响基因组三维空间结构学术资讯

来源：BioArt植物

DNA甲基化作为一种广泛存在于生物体的表观遗传修饰，参与基因表达调控、转座子沉默、基因印记、X染色体沉默等重要生物学过程。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甲基化转移酶MET1（动物DNMT1同源蛋白）维持，CHG和CHH由植物特异的DNA甲基化转移酶CMT3，DRM2及CMT2维持【1】。在拟南芥中，DNA甲基化的建立依赖于RNA-directed DNA methylation (RdDM)途径。此前大量研究揭示了上述基因和途径在植物DNA甲基化建立和维持过程中的重要功能，也积累了丰富的突变体资源，有助于后续研究DNA甲基化参与的具体生物学过程。植物CG，CHG和CHH甲基化的程度和分布上也存在一定差异，然而这些差异的具体生物学功能，特别是对基因组三维结构的影响还有待进一步研究。

近日，加州大学洛杉矶分校Steve Jacobsen教授团队与浙江大学爱丁堡大学联合学院刘琬璐研究员团队合作在PNAS杂志发表题为DNA methylation-linked chromatin accessibility affects genomic architecture in Arabidopsis的研究论文。该研究利用ATAC-seq（Assay for Transposase-Accessible Chromatin using sequencing）技术【2】结合全基因组甲基化和三维基因组数据，对18个完全或部分缺失CG，CHG和CHH的拟南芥突变体进行分析，揭示了植物DNA甲基化调控的染色质开放性对基因组三维空间结构的影响。

研究发现CG，CHG和CHH都在一定程度上影响了异染色质区域的染色质开放性（图一A-C），其中以CG的影响最为显著（图一D，G），且三者存在功能冗余，即同时失去三种甲基化的区域染色质开放性的影响最为明显。有意思的是，染色质开放性的增加在很多时候并没有伴随转座子的激活；在met1突变体中许多转座子位点同时丢失了CG，CHG和CHH，但这些转座子却仍处于抑制状态，表明DNA甲基化在这些位点发挥染色质折叠（chromatin compaction）功能。

图一

此外，作者还发现DNA甲基化调控的染色质开放区域的基因组三维空间结构也受到了影响，这些区域内的基因组短距离三维空间结构互做减弱，而长距离基因组三维空间结构互做却增强了（图二）。图二

加州大学洛杉矶分校博士后钟振晖为论文第一作者，加州大学洛杉矶分校Steve Jacobsen教授与浙江大学爱丁堡大学联合学院刘琬璐研究员为论文通讯作者， Suhua Feng，Sascha H. Duttke，Magdalena E. Potok，Javier Gallego-Bartolomé以及浙江大学爱丁堡大学联合学院张逸为等参与了该研究。

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