COMPASS（Complex Proteins Associated with Set1）复合体是真核生物中保守的组蛋白H3K4甲基转移酶复合体，在真核生物的正常生长发育中发挥重要作用。北京生命科学研究所/清华大学生物医学交叉研究院何新建课题组之前的研究发现了模式植物拟南芥中五个组蛋白H3K4甲基转移酶ATX1-ATX5构成3类COMPASS复合体，它们分别包含ATX1/2，ATX3和ATX4/5，并揭示了植物中特有的包含ATX4/5的COMPASS复合体在拟南芥生长发育和开花调控过程中的作用（Shang et al., 2021）。此外，多项研究报道ATX蛋白以及复合体中的其他组分参与植物生长发育，花期调控和非生物胁迫应答等过程。然而，ATX蛋白是否为植物生长所必需，是否存在其他功能尚不清楚。
近日，JIPB在线发表了何新建实验室题为“Arabidopsis Trithorax histone methyltransferases are redundant in regulating development and DNA methylation”的研究论文（https://doi.org/10.1111/jipb.13406）。该论文首先发现atx1/2/3/4/5纯合五突变体致死，即ATX1-ATX5对于拟南芥的生存是必需的（图1）。其次，该研究发现包含ATX蛋白的COMPASS复合体功能冗余地调控拟南芥的DNA甲基化水平（图2）。
图1. ATX1-ATX5是拟南芥存活所必需
植物中的DNA甲基化修饰参与调控配子发育，果实成熟，胁迫应答等生物学过程，对于维持基因组稳定至关重要。植物DNA甲基化发生在CG，CHG，和CHH（其中H代表A，T，C的任意一种）三种类型的胞嘧啶上，DNA甲基化水平受到加甲基和去甲基化两个过程调控。CHH类型DNA甲基化的建立及维持依赖RNA介导的DNA甲基化途径（RdDM）和DNA甲基转移酶CMT2；CG和CHG类型DNA甲基化的维持分别依赖DNA甲基转移酶MET1和CMT3。植物主动去DNA甲基化途径主要由DNA去甲基化酶ROS1及其同源蛋白DML2和DML3催化。以往研究发现DNA甲基化相关基因的表达受到DNA甲基化水平的调控。何新建课题组以往的研究发现，植物中DREAM复合体能够抑制DNA甲基相关基因的表达，从而使DNA甲基化水平在不同分裂活性状态的细胞中处于动态平衡（Ning et al., 2020）。然而，植物中DNA甲基化及主动去甲基化如何与其它染色质修饰机制互作尚待深入研究。
图2. COMPASS复合体调控拟南芥中DNA甲基化分子机制
何新建实验室近日发表的研究发现，拟南芥COMPASS复合体中的5个ATX蛋白通过催化H3K4me3，功能冗余地促进RdDM途径（NRPE1，IDN2，IDP2，DCL3）和DNA去甲基化途径（ROS1，DML2，DML3，IDM2）相关基因的表达。此外，该复合体还通过未知途径抑制DNA甲基化维持途径（MET1，VIM1/2/3，CMT3）相关基因的表达。综合上述调控作用，包含ATX蛋白的COMPASS复合体在全基因组水平上能够抑制CG和CHG类型的DNA甲基化，促进CHH类型的DNA甲基化，从而调控植物中的DNA甲基化水平。该研究发现了COMPASS复合体在植物中调控DNA甲基化的新功能以及调控DNA甲基化途径重要基因表达的新途径。
北京生命科学研究所何新建研究员为该论文的通讯作者，实验室已毕业博士研究生尚继云为论文的第一作者，其余作者包括蔡雪薇、苏银娜、张钊晨、王鑫和赵楠。该研究在北京生命科学研究所完成，研究得到了国家自然科学基金项目的资助。
参考文献
Ning, Y.Q., Liu, N., Lan, K.K., Su, Y.N., Li, L., Chen, S., and He, X.J. (2020). DREAM complex suppresses DNA methylation maintenance genes and precludes DNA hypermethylation. Nat. Plants 6: 942-956.
Shang, J.Y., Lu, Y.J., Cai, X.W., Su, Y.N., Feng, C., Li, L., Chen, S., and He, X.J. (2021). COMPASS functions as a module of the INO80 chromatin remodeling complex to mediate histone H3K4 methylation in Arabidopsis. Plant Cell 33: 3250-3271.
转自：“iPlants”微信公众号
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