重磅！朱健康/巩志忠/张蘅等系统阐述近20年来植物主动DNA去甲基化的进展

以下文章来源于JIPB ，作者JIPB

5-甲基胞嘧啶（5mC）是真核生物基因组中最丰富的修饰核苷酸，常被简称为DNA甲基化。DNA甲基化在很多真核生物的生长发育中发挥着关键作用，其主要功能包括防御基因组中的转座子或病毒序列和发育和胁迫应答基因的转录调控等。DNA去甲基化对于维持正确的基因组DNA甲基化水平至关重要。DNA去甲基化可分为被动DNA去甲基化和主动DNA去甲基化，其中前者指在DNA甲基化酶活被抑制的情况下，基因组复制带来的DNA甲基化水平降低，后者是由DNA去甲基化酶介导的主动过程。由于C-C键的化学稳定性，从5mC上直接去除甲基很难实现，因此主动DNA去甲基化的机制曾经存在多种假说。拟南芥REPRESSOR OF SILENCING 1（ROS1）是真核生物中发现的第一个DNA去甲基化酶 (Gong et al., 2002)，其发现提示碱基切除修复（base excision repair, BER）是植物主动DNA去甲基化的主要机制（图1），并为领域后续研究指明了方向。

图1 ROS1糖苷酶-碱基切除修复通路实现主动DNA去甲基化。

2022年12月7日，中科院分子植物科学卓越创新中心张蘅研究员、中国农业大学巩志忠教授、南方科技大学朱健康教授应邀在Journal of Integrative Plant Biology（JIPB）在线发表题为“Active DNA demethylation in plants: 20 years of discovery and beyond”的综述文章（https://doi.org/10.1111/jipb.13423），系统总结了过去20年来植物中主动DNA去甲基化研究的进展，提出了领域的未来研究方向。

图2 对ROS1家族5mC DNA糖苷酶的调控机制

论文对过去20年植物主动DNA去甲基化研究的进展进行了总结，包括通过碱基切除修复通路进行主动DNA去甲基化的机制、对主动DNA去甲基化的调控、主动DNA去甲基化在植物生长发育中的作用、主动DNA去甲基化在应对环境刺激中的作用。自2002年发现ROS1具有5mC糖苷酶活性并参与主动DNA去甲基化以来，植物中大部分碱基切除修复（BER）通路中参与主动DNA去甲基化的酶（除了DNA合成酶）都已被鉴定到；近年来的研究也发现哺乳动物利用BER通路进行主动DNA去甲基化，虽然这一过程由TET和TDG蛋白起始 (Wu and Zhang, 2017)。近年来的研究表明植物中ROS1的表达受到一个DNA甲基化监测序列的调控，而ROS1在基因组上的定位受到多个蛋白质复合体的调控（图2）。在过去10年中，得益于基因编辑技术和高通量测序技术的进步，科研人员还发现了主动DNA去甲基化在多个作物中的重要生物学功能。在未来，主动DNA去甲基化的调控机制及其生物学功能仍将是领域研究的重点；而ROS1家族糖苷酶与CIRSPR/CAS9编辑技术的结合则可对特定位点的DNA甲基化水平进行编辑，有望在作物育种与人类疾病治疗中得到应用。

张蘅研究员为论文第一作者，张蘅研究员、巩志忠教授、朱健康教授为共同通讯作者。该研究得到了国家自然科学基金、中科院战略先导专项、上海市科技兴农技术创新项目等资助。

转自：“iPlants”微信公众号

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