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DNA甲基化作为一种广泛存在于生物体的表观遗传修饰，参与基因表达调控、转座子沉默、基因印记、X染色体沉默等重要生物学过程。植物DNA甲基化包括CG，CHG和CHH甲基化 （H代表A，T，C） ，其中CG甲基化由DNA甲基化转移酶MET1 （动物DNMT1同源蛋白） 维持，CHG和CHH由植物特异的DNA甲基化转移酶CMT3，DRM2及CMT2维持 【1】 。在拟南芥中，DNA甲基化的建立依赖于RNA-directed DNA methylation (RdDM) 途径。此前大量研究揭示了上述基因和途径在植物DNA甲基化建立和维持过程中的重要功能，也积累了丰富的突变体资源，有助于后续研究DNA甲基化参与的具体生物学过程。植物CG，CHG和CHH甲基化的程度和分布上也存在一定差异，然而这些差异的具体生物学功能，特别是对基因组三维结构的影响还有待进一步研究。
近日，加州大学洛杉矶分校Steve Jacobsen教授团队与浙江大学爱丁堡大学联合学院刘琬璐研究员团队合作在PNAS杂志发表题为DNA methylation-linked chromatin accessibility affects genomic architecture in Arabidopsis的研究论文。该研究利用ATAC-seq （Assay for Transposase-Accessible Chromatin using sequencing） 技术 【2】 结合全基因组甲基化和三维基因组数据，对18个完全或部分缺失CG，CHG和CHH的拟南芥突变体进行分析，揭示了植物DNA甲基化调控的染色质开放性对基因组三维空间结构的影响。
研究发现CG，CHG和CHH都在一定程度上影响了异染色质区域的染色质开放性 （图一A-C） ，其中以CG的影响最为显著 （图一D，G） ，且三者存在功能冗余，即同时失去三种甲基化的区域染色质开放性的影响最为明显。有意思的是，染色质开放性的增加在很多时候并没有伴随转座子的激活；在met1突变体中许多转座子位点同时丢失了CG，CHG和CHH，但这些转座子却仍处于抑制状态，表明DNA甲基化在这些位点发挥染色质折叠 （chromatin compaction） 功能。
图一
此外，作者还发现DNA甲基化调控的染色质开放区域的基因组三维空间结构也受到了影响，这些区域内的基因组短距离三维空间结构互做减弱，而长距离基因组三维空间结构互做却增强了 （图二） 。
图二
加州大学洛杉矶分校博士后钟振晖为论文第一作者，加州大学洛杉矶分校Steve Jacobsen教授与浙江大学爱丁堡大学联合学院刘琬璐研究员为论文通讯作者，Suhua Feng，Sascha H. Duttke，Magdalena E. Potok，Javier Gallego-Bartolomé以及浙江大学爱丁堡大学联合学院张逸为等参与了该研究。
参考文献
1. J. A. Law, S. E. Jacobsen, Establishing, maintaining and modifying DNA methylation patterns in plants and animals. Nature Reviews Genetics 11, 204-220 (2010).
2. J. D. Buenrostro, P. G. Giresi, L. C. Zaba, H. Y. Chang, W. J. Greenleaf, Transposition of native chromatin for fast and sensitive epigenomic profiling of open chromatin, DNA-binding proteins and nucleosome position. Nature methods 10, 1213 (2013).
https://www.pnas.org/content/118/5/e2023347118