Cells Reports | 拟南芥转座子中广泛的从头活性稳定了CG甲基化的表观遗传

DNA甲基化是一类发生在胞嘧啶5号位碳原子上、可稳定遗传的表观修饰，可以遗传性的改变基因组而不改变DNA序列。DNA甲基化可以抑制转座子（TEs）的转录和转座活性，也调节内源基因:靠近转录起始位点的甲基化通常会导致基因沉默，而其他基因区域的甲基化可以促进或抑制表达。据报道，DNA甲基化存在从头甲基化和保留甲基化两种机制：从头甲基化是指对非甲基化的 DNA进行甲基化修饰，主要发生在胚胎发育的早期，用于胚胎早期细胞设定甲基化状态；保留甲基化是指甲基化的DNA在每次复制后，由于半保留复制，新生的DNA链为非甲基化状态，此时特定的DNA甲基转移酶以半甲基化的DNA为模板，对非甲基化的DNA链进行甲基化修饰，使得复制后的DNA双链仍能保持亲代DNA的甲基化状态。

在植物中，胞嘧啶的甲基化修饰大部分出现在二核苷酸CG中（mCG），被认为是由半保留机制介导的。近日，英国诺维奇John-Innes研究中心在国际知名期刊Cell Reports在线发表了题为“Extensive de novo activity stabilizes epigenetic inheritance of CG methylation in Arabidopsis transposons”的研究论文，开发了一个数学模型来估计每个转座子的半保留性维持失败和从头甲基化的比率，认为mCG在植物异染色质中的稳定表观遗传是通过广泛的从头甲基化实现的。在之前的研究中，作者鉴定到了缺乏核小体重塑体DDM1和连接子组蛋白的拟南芥h1dddm1突变体异染色质TEs中广泛存在的中间mCG，为了了解h1dddm1突变体中的DNA甲基化遗传，作者将拟南芥H1基因纯合突变的植物与一个ddm1杂合植物杂交，自交多代发现在拟南芥h1ddm1突变体中，中间异染色质mCG稳定地遗传了许多代，并与转座子表达定量相关。

为了更精确地描述h1ddm1 mCG动力学，作者开发了一个数学模型，使用线性差分方程表示的三个过程来描述CG甲基化反应: 每个细胞周期的从头甲基化，每个细胞周期的维持失，和DNA复制。模型表明，初始mCG的下降主要由维持失败主导，而稳态mCG强烈依赖于从头甲基化，证明mCG可以通过这些活动的动态平衡在任何级别稳定遗传。

总之，该研究表明mCG在植物异染色质中的稳定表观遗传是通过广泛的从头甲基化实现的。

原文链接：

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2211124723001432

转自：“植物生物技术Pbj”微信公众号

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