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植物DNA去甲基化的机理和功能

来源:分子植物卓越中心 2019-11-03 14:27




10月19日,Journal of Integrative Plant Biology(JIPB)在线发表了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郎曌博研究组题为The mechanism and function of active DNA demethylation in plants 的综述论文。这篇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,AtDML2和AtDML3)。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。
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响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,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地作用到靶位点上,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。(生物谷Bioon.com)
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