浙江大學等單位合作解析CG甲基化與其他表觀遺傳特征之間的聯系

2021年5月26日，浙江大學愛丁堡大學聯合學院劉琬璐研究員團隊與加州大學洛杉磯分校Steven E.Jacobsen教授合作在《Nature Communications》雜志發(fā)表了題為“Ectopic targeting of CG DNA methylation in Arabidopsis with the bacterial SssI methyltransferase”的研究論文。該研究通過zinc fingers（ZF）將細菌內特有的甲基轉移酶Spiroplasma sp. strain MQ1 CG methyltransferase M.SssI （SssI）靶向擬南芥FLOWERING WAGENINGEN（FWA）基因的啟動子。構建了可遺傳的FWA基因啟動子CG甲基化擬南芥模型，同時在擬南芥的全基因組上觀察到了大量廣泛分布的異位CG甲基化。通過WGBS、ChIP-seq、ATAC-seq等技術手段，定位了擬南芥上差異性甲基化區(qū)域（Differentially methylated region，DMR），分析了DMR上的其他表觀遺傳特征，探究了CG甲基化與其他表觀遺傳特征的聯系；同時，通過分析多代擬南芥間的DMR，研究了異位CG甲基化的遺傳特性。

DNA甲基化作為一種廣泛存在于生物體的表觀遺傳修飾，參與基因表達調控、轉座子沉默、基因印記、X染色體沉默等重要生物學過程。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甲基化轉移酶MET1（動物DNMT1同源蛋白）維持，CHG和CHH由植物特異的DNA甲基化轉移酶CMT3、DRM2及CMT2維持。在基礎研究和農業(yè)領域，通過zinc fingers（ZF），TAL或者CRISPR/Cas9等技術手段修改植物特定位點的DNA甲基化水平，實現對基因表達水平的調控是一種重要的研究方式；然而，通過修改植物特定位點的表觀遺傳信息產生的異位DNA甲基化（ectopic DNA methylation）的性質，尤其是異位DNA甲基化與其他表觀遺傳特征的聯系和異位DNA甲基化的遺傳特性目前尚不清楚。通過與其他表觀遺傳特性的對比，研究發(fā)現異位CG甲基化更容易發(fā)生在更不開放的染色質環(huán)境中。雖然異位CG甲基化在基因區(qū)域富集，但是異位甲基化對于這些基因的表達并沒有明顯的影響。還觀測到存在異位CG甲基化的基因的組蛋白H2A.Z和H3K27me3修飾有明顯的下調，同時，通過對4代擬南芥的CG甲基化的區(qū)域分析，發(fā)現這些異位CG甲基化區(qū)域具有明顯的遺傳性。這些結果闡釋了植物CG甲基化與其他表觀遺傳特征之間的聯系，對于未來表觀遺傳領域的研究有所幫助。