DNA甲基化是一種常見(jiàn)的表觀遺傳修飾，其在基因表達(dá)調(diào)控中起著重要作用。在哺乳動(dòng)物中，DNA甲基化主要發(fā)生在“胞嘧啶-鳥(niǎo)嘌呤”（CG）位點(diǎn)的胞嘧啶上。CG雙鏈上兩個(gè)胞嘧啶的甲基化狀態(tài)通常一致，完全甲基化或非甲基化。這種對(duì)稱的甲基化狀態(tài)會(huì)在DNA復(fù)制過(guò)程中轉(zhuǎn)化為不對(duì)稱的“半甲基化”狀態(tài)，再由DNA甲基轉(zhuǎn)移酶介導(dǎo)的維持甲基化機(jī)制轉(zhuǎn)化為完全甲基化狀態(tài)。此外，其他染色質(zhì)相關(guān)因素也能影響半甲基化水平。半甲基化是整個(gè)DNA甲基化組中的重要組成狀態(tài)，有“承上啟下”的作用。因此，深入了解半甲基化調(diào)控對(duì)于理解DNA甲基化穩(wěn)態(tài)具有重要意義。在植物中，DNA甲基化可以發(fā)生在任意胞嘧啶上，且在CG和CWG（W=A/T）位點(diǎn)上的甲基化水平較高，因此植物中可能在多種胞嘧啶序列上都存在半甲基化狀態(tài)，但目前對(duì)于植物中DNA半甲基化的了解非常有限。
7月11日，中國(guó)科學(xué)院北京基因組研究所（國(guó)家生物信息中心）研究員徐晨歡團(tuán)隊(duì)在《先進(jìn)科學(xué)》（Advanced Science）上，發(fā)表了題為Homeostasis of DNA Hemi-Methylation in Arabidopsis through Methylation Maintenance,DNA Replication,and Nucleosome Positioning Mechanisms的研究論文。該研究利用hairpin BS-seq技術(shù)繪制了多種擬南芥植株中的DNA半甲基化圖譜，系統(tǒng)研究了各種DNA甲基轉(zhuǎn)移酶對(duì)半甲基化穩(wěn)態(tài)的影響，并分析了DNA復(fù)制和核小體占位等因素在半甲基化形成和維持中發(fā)揮的作用。
研究人員利用hairpin BS-seq，對(duì)野生型（Col-0）和各種帶有DNA甲基轉(zhuǎn)移酶突變的擬南芥植株的半甲基化和完全甲基化水平進(jìn)行了測(cè)定，發(fā)現(xiàn)擬南芥在CG和CWG位點(diǎn)上均具有較高的半甲基化水平，且半甲基化和完全甲基化水平高度相關(guān)。基于擬南芥中的半甲基化與完全甲基化水平的比例關(guān)系，研究人員建立了甲基化維持速率與整體甲基化水平關(guān)系的數(shù)學(xué)模型，并發(fā)現(xiàn)常染色質(zhì)與異染色質(zhì)上的甲基化維持效率存在明顯的差異。通過(guò)分析核小體周?chē)陌爰谆c完全甲基化水平，研究人員發(fā)現(xiàn)核小體可以抑制半甲基化到完全甲基化的轉(zhuǎn)換，從而促進(jìn)半甲基化的維持。由于DNA復(fù)制過(guò)程中產(chǎn)生的大量半甲基化具有特殊的同鏈性，研究人員在單分子水平上分析了相鄰胞嘧啶上的甲基化同鏈性，發(fā)現(xiàn)相鄰的半甲基化位點(diǎn)更傾向于在DNA雙鏈的同一單鏈上攜帶甲基基團(tuán)，暗示從DNA復(fù)制后，到維持甲基化發(fā)生前的時(shí)間窗口在半甲基化穩(wěn)態(tài)中起到了重要作用。這種半甲基化的同鏈性也在大豆、玉米、高粱等其他植物物種的DNA甲基化數(shù)據(jù)中得到了驗(yàn)證。
綜上所述，該研究系統(tǒng)解析了擬南芥基因組的DNA半甲基化，并通過(guò)分析半甲基化與完全甲基化的動(dòng)態(tài)關(guān)系研究了多種染色質(zhì)相關(guān)因素在甲基化穩(wěn)態(tài)中發(fā)揮的作用。研究還通過(guò)泛物種分析，揭示了一種潛在的半甲基化穩(wěn)態(tài)維持機(jī)制。
研究工作得到國(guó)家自然科學(xué)基金、國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、中國(guó)科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)等的支持。
論文鏈接
DNA半甲基化在DNA復(fù)制和甲基化維持中的動(dòng)態(tài)平衡
本文鏈接：研究揭示植物中DNA半甲基化穩(wěn)態(tài)維持的機(jī)制http://www.sq15.cn/show-12-1458-0.html
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