PBJ | 华中农大李兴旺/李国亮合作解析DNA甲基化调控水稻表观三维基因组结构的分子机制

DNA甲基化修饰是一种进化上非常保守的表观遗传修饰，在多种生物学过程中发挥重要功能。DNA甲基化谷（DNA methylation valleys, DMVs）是基因组上连续无DNA甲基化修饰区域，越来越多的证据表明DMVs参与调控生物生长发育过程。而水稻基因组DMVs相关的描述仍未见报道，DNA甲基化对水稻染色质高阶结构的影响也缺乏研究。

近日，华中农业大学作物遗传改良全国重点实验室、湖北洪山实验室三维基因组学李兴旺和李国亮教授团队在Plant Biotechnology Journal上在线发表了题为“Domains Rearranged Methylase 2 maintains DNA methylation at large DNA hypomethylated shores and long-range chromatin interactions in rice”的研究论文。该研究利用野生型和osdrm2突变体的表观组和三维基因组数据对水稻基因组DMVs进行全基因组系统性表征，并分析了DNA甲基化修饰对染色质高阶结构的影响。

这项研究中，作者首先鉴定了水稻全基因组的DMVs，发现大的DMVs（grand DMVs）可能是来源于核基因组整合的细胞器基因组DNA片段，富集与细胞器功能相关的基因。而短的DMVs（short DMVs, sDMVs）富集与形态发育、转录调控、RNA合成代谢相关的基因，并且这些基因组织特异性表达。

OsDRM2主要负责水稻基因组的non-CG甲基化修饰，通过RdDM路径从头建立DNA甲基化。作者通过比较野生型和osdrm2突变体的全基因组甲基化图谱发现，OsDRM2维持sDMV边界的DNA甲基化修饰，其功能缺失影响sDMV区域的大小。结合野生型和突变体组蛋白修饰的eChIP-seq数据，发现sDMV区域富集H3K27me3和/或H3K4me3修饰。osdrm2突变体中sDMV边界DNA甲基化变化轻微影响sDMV区域的组蛋白修饰分布。

另外，作者分别在野生型和osdrm2突变体中绘制H3K27me3相关的三维基因组图谱。通过比较分析发现，低分辨率下A/B区室整体保持稳定。而高分辨率下osdrm2突变体中染色质变得松散，长程染色质交互剧烈减少。同时，sDMV边界non-CG甲基化水平降低会破坏sDMV区域相关的染色质交互网络。

图：OsDRM2维持sDMV边界甲基化及基因组三维结构的模型。

综上，该项研究对水稻基因组DMVs进行系统解析，并阐明了sDMV边界的DNA甲基化修饰在三维基因组组织中的功能。这些结果有助于我们更全面的解析水稻基因组结构，为理解DNA甲基化修饰对染色质组织的影响提供新见解，为水稻的遗传改良提供理论基础。

华中农业大学已毕业博士研究生张维为论文第一作者，该研究得到了国家自然科学基金、华中农业大学交叉科学研究院和洪山实验室相关基金、湖北省重点研发计划基金等资助。

转自：“植物生物技术Pbj”微信公众号

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