来源 | 北京大学现代农学院
DNA甲基化（5mC）是一种很重要的表观遗传学修饰。在哺乳动物细胞中，DNA甲基化主要发生于CG位点，而在植物中，DNA甲基化发生于CG，CHG，CHH位点（H代表除鸟嘌呤之外的其他碱基）。在植物中，DNA在各个位点的甲基化的建立是通过一条依赖于小RNA的甲基化途径（RdDM）来实现的。一旦DNA甲基化建立，在CG位点发生的甲基化由DNA甲基转移酶MET1（哺乳动物细胞中DNMT1的同源蛋白）来维持，在CHG位点的甲基化由DNA甲基转移酶CMT3来维持，而在CHH位点的甲基化由RdDM途径介导的DRM2或者CMT2来维持。在哺乳动物中，DNA甲基转移酶DNMT1的缺失是致死的，但在拟南芥中单独缺失CG（met1突变植株）或non-CG（drm1 drm2 cmt2 cmt3四突变植株）甲基化并不影响其生存。CG和non-CG甲基化是否可以协同调控植物发育，它们同时丢失会对植物正常发育产生什么影响还有待探究。
近日，北京大学现代农学院钱伟强研究团队在New Phytologist杂志在线发表了题为“Deciphering the synergistic and redundant roles of CG and non-CG DNA methylation in plant development and TE silencing”的研究论文，揭示了CG和non-CG DNA甲基化协同调控植物的生殖发育和基因组稳定性。
该研究利用拟南芥为研究材料，在non-CG甲基化缺失材料ddcc (drm1 drm2 cmt2 cmt3)四突变体的基础上，利用CRISPR/Cas9技术进一步突变MET1基因。在对ddcc met1+/-杂合体植株的后代进行筛选后发现无法筛选到ddcc met1五突变体，说明全部DNA甲基化缺失的植株是胚胎致死的。其中，ddcc met1+/-杂合体除了non-CG甲基化全部丢失，CG甲基化也丢失了一半。
为了探究DNA甲基化缺失对植物发育的影响，该研究对ddcc met1+/-杂合体植株进行一系列观察，发现在生殖发育方面，CG和non-CG甲基化同时缺失严重影响胚胎发育过程，并特异影响雄配子体功能；在营养生长方面，ddcc met1+/-杂合体中植株出现形态大小的分离，并证明该表型和DNA甲基化的差异不相关，而是由于基因组不稳定性增加导致。最后，转录组分析发现一部分转座子的沉默是由CG和non-CG甲基化协同调控的，在ddcc met1+/-杂合体植株中被特异激活。
DNA甲基化对胚胎发育至关重要
该研究在北京大学现代农学院与生命科学学院完成，生科院博士生梁文洁为论文第一作者，现代农学院博后李金超和孙林华为论文共同第一作者，生科院博士生刘艺和博后兰子君也对这个工作做出重要贡献。现代农学院钱伟强研究员为通讯作者。该研究得到了国家重点研发计划、蛋白质与植物基因研究国家重点实验室以及北大-清华生命科学联合中心的资助。
论文链接：
https://nph.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/nph.17804