张秀任/郎曌博/何新建连发3篇，揭示FVE在调控siRNA及DNA甲基化的关键作用

在植物中，从头 DNA 甲基化主要通过 RNA 介导的 DNA 甲基化 (RdDM) 途径发生。开花调节因子 MULTICOPY SUPPRESSOR OF IRA1 4 (MSI4) /FVE 参与了多个 RdDM 靶点的非 CG 甲基化，表明 FVE 在 RdDM 中的作用。尽管在表观遗传水平上具有充分表征的功能，但 FVE在 PTGS 中的参与和机制功能尚不清楚。

2021年8月4日，美国德州农工大学张秀任团队在Science Advances 在线发表题为“The epigenetic factor FVE orchestrates cytoplasmic SGS3-DRB4-DCL4 activities to promote transgene silencing in Arabidopsis”的研究论文，该研究确定了FVE是细胞质 PTGS 中的新参与者。功能丧失的五个突变大大减少了转基因衍生的小干扰 RNA (siRNA) 的积累。FVE 与基因沉默抑制因子 3 (SGS3)（PTGS 中的主要成分）相互作用。FVE 促进 SGS3 同源二聚化，这对其功能至关重要。 

FVE 可以以中等亲和力与单链 RNA 和双链 RNA (dsRNA) 结合，而其截短形式 FVE-8 与 dsRNA 的结合亲和力显著增加。这些亲和力影响 SGS3-RNA 与下游 dsRNA 结合蛋白 4 (DRB4)/DCL2/4复合物的关联。因此，FVE 而不是 FVE-8，在体外生化增强了 DRB4/DCL2/4 活性。该研究推测 FVE 通过协同调节 SGS3-DRB4/DCL2/4 功能来促进转基因衍生 siRNA 的产生。因此，这项研究揭示了 FVE 在 PTGS 中的非规范作用。

另外，2021年7月27日，中国科学院分子植物科学卓越创新中心上海植物逆境生物学研究中心的郎曌博团队在Plant Journal 在线发表题为“MSI4/FVE is required for accumulation of 24-nt siRNAs and DNA methylation at a subset of target regions of RNA-directed DNA methylation”的研究论文，该研究报告了数千个 RdDM 目标区域的 DNA 甲基化需要 FVE。此外，FVE 的功能障碍显著减少了 24nt siRNA 的积累，这取决于 RdDM 途径中的下游因素。通过使用染色质免疫沉淀和测序 (ChIP-seq)，表明 FVE 直接与 FVE 依赖的 24-nt siRNA 簇区域结合。该研究结果还表明，FVE 可能通过与 RdDM 通路下游因子 RDM15 的物理相互作用在 RdDM 中起作用。因此，该研究表明FVE 通过与 RDM15 相关联，直接调节一部分 RdDM 靶标的 DNA 甲基化和 siRNA 积累（点击阅读）。

2021年5月3日，NIBS的何新建团队在Plant Journal 在线发表题为“FVE promotes RNA-directed DNA methylation by facilitating the association of RNA polymerase V with chromatin”的研究论文，该研究发现 SUVH9 与 FVE 相互作用。该研究证明 FVE 促进了 Pol V 与染色质的结合，从而有助于 RdDM 目标基因座的大部分子集的 DNA 甲基化。与 FVE 独立的 RdDM 目标基因座相比，FVE 依赖的 RdDM 目标基因座在富含基因的染色体臂中比在着丝粒周围异染色质区域更丰富。这项研究有助于了解 Pol V 与染色质的关联如何在不同染色质环境中受到调节。

转录后基因沉默 (PTGS) 是一种调节机制，可抑制内源基因的表达，同时还能降解侵入性 RNA，如转基因衍生和病毒转录物。PTGS 由微 RNA (miRNA) 和小干扰 RNA (siRNA) 介导。miRNA 源自初级转录本 (pri-miRNA)，通过微处理器连续切割，包括 Dicer 样蛋白 1 (DCL1)、双链 RNA (dsRNA) 结合蛋白 1 (DRB1/HYL1) 和 Serrate (SE) 。随后，miRNA 被加载到 Argonaute 蛋白 (AGO) 中以形成 RNA 诱导的沉默复合物 (RISC)，该复合物通过靶标切割和/或翻译抑制来抑制基因表达。siRNAs的作用方式与miRNAs相似。

然而，在植物中启动 siRNA 介导的 RNA 沉默的先决步骤是将单链 RNA (ssRNA) 底物转化为 dsRNA，这是由依赖于 RNA 的 RNA 聚合酶 6 (RDR6) 和基因沉默抑制因子 3 (SGS3) 完成的。SGS3 作为同源二聚体发挥作用，据报道可稳定用于 dsRNA 合成的初级小 RNA (sRNA) 裂解产物。反过来，dsRNA 被 DCL2 或 DCL4 与其伙伴 DRB4 一起加工成 21 到 22 个核苷酸 (nt) 的 siRNA，这些 siRNA 最终被加载到 AGO1 中以破坏目标 RNA。作为一种特殊情况，反向重复或发夹 PTGS 由来自 ssRNA 底物的自折叠 dsRNA 触发，可以绕过 RDR6/SGS3 活性。尽管如此，与微处理器相比，对 RDR6/SGS3-DCL4/DRB4 的生化伙伴和功能桥梁的了解要少得多。

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视网膜母细胞瘤相关蛋白 48 (RbAp48) 通过多个表观遗传复合物发挥作用，影响肿瘤发生、细胞骨架组织、与年龄相关的记忆丧失和心肌细胞肥大。已知植物同源物 FLOWERING LOCUS VE (FVE) 可调节开花时间和冷响应敏感性 。与 RbAp48 类似，FVE 充当大型复合物组装的结构支架。此外，FVE 还通过依赖于 RNA 的 DNA 甲基化机制促进转座子（如 AtMu1 和 AtSN1）的转录沉默。尽管在表观遗传水平上具有充分表征的功能，但 FVE/RbAp48 在 PTGS 中的参与和机制功能尚不清楚。

在这项研究中，在转基因-PTGS 通路中受损的正向遗传筛选中鉴定了一个新的 fve (fve-8) 等位基因。fve 的功能丧失突变体减少了有义和反向重复转基因的 siRNA 产量。FVE 位于细胞核和细胞质中，但 FVE 的细胞质部分完全挽救了 PTGS 中的 fve 缺陷。

该研究发现 FVE，而不是其截短的突变体 FVE-8，可以与 SGS3 相互作用并促进其同源二聚化。出乎意料的是，FVE 以中等亲和力与 ssRNA 和 dsRNA 结合，而 FVE-8 显示 dsRNA 结合活性显著增加。这些特征影响 SGS3/RNA 与 DRB4/DCL2/4 复合物的关联。反过来，FVE 在生成 siRNA 时促进 DRB4/DCL2/4 活性，而 FVE-8 在体外抑制相同的反应。该研究得出结论，FVE 同步 RDR6/SGS3-DRB4/DCL2/4 通路以促进 siRNA 生产，而 FVE-8 劫持 dsRNA 底物以阻止下游加工。因此，这项研究揭示了表观遗传因子 FVE 在 PTGS 中的非规范作用，并揭示了转基因沉默中的新调控层。

来源：Plant_ihuman iNature