Plant Cell | 母体表达的DNA糖基化酶调控玉米胚乳DNA去甲基化

植物体内转座子区域的DNA去甲基化可以激活周围基因的表达在特定组织内产生基因印迹。激活后的转座子产生24nt小干扰RNA可以通过RdDM在后代重新建立转座子上的DNA甲基化从而维持基因组稳定，形成反馈。但是转座子区域的DNA去甲基化机制还不完全清晰，如何在特定时间和组织内启动DNA去甲基化进程也需要进一步解答。

1970年，玉米遗传学专家Jerry Kermicle发现了玉米红色胚乳表型red-color（R）存在明显的母体遗传特征，是一种基因印迹表现，可作为重要模型研究其特征和机制。近期，来自佐治亚州立大学的研究人员针对R表型，深入分析了其上游元件maternal derepression of R（mdr1)调控R表型的遗传机制。首先研究人员分析了mdr1的遗传特征，发现mdr1是和R一样，存在明显的母体遗传特征的位点。

确定了MDR1存在母体遗传特征后，研究人员开创性地使用mdr1/MDR1基因型材料做母本， mdr1/mdr1基因型做父本的遗传组合，对后代进行BSA初定位，在4号染色体的20Mb的候选区间内，发现只有一个基因DNG101存在一个非同义突变，为拟南芥母体印迹基因DEMETER的同源基因。进一步，研究人员发现DNG101的EMS诱变单株（EMS4-06835d）与mdr1存在类似表型，最终确定DNG101（DNA glycosylase 101，DNA糖基化酶101），为MDR1位点的主效基因。

DNG101有3个同源基因DNG 102，DNG 103，DNG 105。DNG 101特异在母体中表达，DNG 102部分在母体中表达。通过分析DNG突变体表型及详尽的遗传学分析，研究人员确定DNG101特异参与胚乳发育，DNG102则特异参与雄配子发育（图2）。

深入分析DNG101的作用机制时，研究人员发现该基因可以通过对胚乳中的转座子，尤其是Helitron转座子进行去甲基化，启动周边基因的表达，引发母体印迹（图3），但具体是哪些基因受DNA去甲基化的影响来调控胚乳的正常发育，论文没有做出明确解答。

该论文发现了一个玉米中特异的DNA去甲基化酶，对于理解基因印迹建立的机制有重要作用，并于近期发表在Plant Cell杂志（https://academic.oup.com/plcell/advance-article/doi/10.1093/plcell/koac199/6625667?searchresult=1），配有杂志编辑的深度解读（https://academic.oup.com/plcell/advance-article/doi/10.1093/plcell/koac198/6625672）。

同时，该论文也引出了新的问题，如DNG101在引发去甲基化后如何停止工作？以及父体来源的DNG101的调控模式如何等。另外，华中农大李青教授团队基于玉米去甲基化酶ZmROS1a和ZmROS1b的突变体绘制了玉米籽粒胚乳中的基因印迹全景，也推荐大家阅读！（https://doi.org/10.1186/s13059-022-02641-x）

转自：植物生物技术Pbj

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