JIPB | ​水稻甲基转移酶OsMET1-2突变引发的染色质构型变化及其与转录表达和表观遗传修饰变异之间的关系

目前，高通量染色质构象捕获技术（high-throughput chromosome conformation capture，Hi-C）已在真核生物染色质构型的相关研究中得到了广泛应用。以动物为模型的研究已经表明表观遗传修饰与染色质构型的建立密切相关。然而，在植物物种中，关于表观遗传修饰，尤其是DNA甲基化是否及如何调控染色质构型建立的相关研究却仍缺乏系统研究，有限的认知也仅是源于在模式植物拟南芥（Arabidopsis thaliana）中开展的部分研究。鉴于不同植物物种之间在细胞核基因组大小、组成及染色质排布方式等方面均存在较大的差异，现有的拟南芥中关于DNA甲基化影响染色质构型的相关规律是否适用于其它植物物种仍有待进一步的证实。此外，由于拟南芥中不含有典型的TADs（topological associated domains）结构，这一系统性缺陷也导致了“植物基因组DNA甲基化是否及如何参与TADs结构的建立和维持”这一重要问题仍待回答。

JIPB近日在线发表了东北师范大学分子表观遗传学教育部重点实验室宫磊课题组题为“Chromatin architectural alterations due to null mutation of a major CG methylase in rice”（ht‍tps://doi.org/10.1111/jipb.13378）的研究论文。该研究利用Hi-C技术，构建了水稻（Oryza sativaL. ssp. japonica）物种内OsMET1-2基因（编码维持CG甲基化的主效甲基转移酶）功能缺失突变体（osmet1-2）的高分辨率染色质互作图谱。研究发现，与研究组之前发表的野生型水稻（WT）的染色质构型相比，osmet1-2突变体在各层级染色质构型层面，均发生了显著的改变，其中包括：染色体内（Intra-chromosomal）和染色体之间（Inter-chromosomal）交互强度的改变、A/B区室的转换以及TADs结构的重排和表观组成类型的变化。

结合相应水稻材料的DNA甲基化组（DNA methylome）、组蛋白修饰的免疫共沉淀（histone chromatin immunoprecipitation）、蛋白编码基因转录组（mRNA transcriptome）测序数据，该研究也对水稻三维染色质构型的动态变化与表观遗传修饰间的关系进行了深入分析。首先，通过平行比较拟南芥AtMET1基因功能缺失突变体（atmet1）与野生型拟南芥（Col-0）三维染色质结构的差异，结果表明在水稻和拟南芥中，DNA甲基化的丢失对染色质构型的影响在水稻和拟南芥中是保守的。其次，该研究通过比较水稻OsMET1-2基因突变前后TADs结构的位置和其内部的组蛋白修饰发现，CG甲基化的丢失导致突变体中小TADs结构数量的增加以及内部组蛋白修饰的剧烈动态变化。最后，该研究还发现DNA甲基化可能与水稻TADs结构的形成有关。相关研究为探索植物DNA甲基化与三维染色质结构之间的关系提供了全新的研究视角，同时也为重要粮食作物水稻的功能基因组研究提供了重要的理论参考。

东北师范大学分子表观遗传学教育部重点实验室近年来在围绕表观遗传调控植物基因表达和染色质构型等方向，发表了一系列相关研究成果(Hu et al., 2014; Dong et al., 2018)。已毕业博士王金宾、李晓宠和博士后董芊里为该论文共同第一作者，宫磊教授、刘宝教授和四川师范大学曾子贤教授为共同通讯作者。该研究得到了国家自然科学基金和吉林省长白山学者项目的资助。

转自：“植物生物技术Pbj”微信公众号

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