来源：iNature
DNA甲基化（5-甲基胞嘧啶）对于转座子活性和基因表达的控制至关重要。然而，由于缺乏无DNA甲基化的突变体，确定DNA甲基化对表观遗传景观和高等生物功能的影响具有挑战性。
(资料图片仅供参考)
2022年9月20日，原中国科学院分子植物科学卓越创新中心/中国科学院上海植物逆境生物学研究中心朱健康团队（现单位南方科技大学）朱健康团队和华中农业大学李国亮团队合作在Genome Biology杂志在线发表题为“DNA methylation underpins the epigenomic landscape regulating genome transcription inArabidopsis”的研究论文。该研究通过分析新获得的完全没有DNA甲基化的拟南芥突变体，结果表明DNA甲基化是组蛋白修饰的全基因组景观的基础，确定了DNA甲基化完全丧失对组蛋白修饰景观的影响以及CG和非CG甲基化对该景观的相对贡献。总之，这些结果提供了对DNA甲基化在塑造染色质状态以确保植物中适当的转录控制方面关键贡献的全面见解。
另外，2022年3月14日，原中国科学院分子植物科学卓越创新中心/中国科学院上海植物逆境生物学研究中心朱健康团队（现单位南方科技大学，何力为第一作者）在Nature Communications在线发表题为“DNA methylation-free Arabidopsis reveals crucial roles of DNA methylation in regulating gene expression and development”的研究论文，该研究敲除拟南芥中所有五种已知的 DNA 甲基转移酶，生成无 DNA 甲基化的植物。这个五重突变体表现出一系列发育缺陷，明确表明 DNA 甲基化对植物发育的多个方面至关重要。该研究表明 CG 甲基化和非 CG 甲基化是大量生物过程所必需的，包括核内复制、细胞死亡、开花、毛状体形态、脉管系统和分生组织发育以及根细胞命运等的确定。此外，该研究发现 DNA 甲基化对基因表达和转座因子的抑制具有强烈的剂量依赖性影响。总之，该研究结果表明 DNA 甲基化对于拟南芥的生存是可有可无的，但对于正确调节多个生物过程至关重要（点击阅读）。
最后，朱健康团队从2014年到2023年（截至2023年3月28日）在Cell（1篇），Journal of Integrative Plant Biology（28篇），PNAS（22篇），Plant Biotechnology Journal（16篇），Nature Communications（14篇），Molecular Plant（11篇），Plant Physiology（10篇），Plant Journal（9篇），Frontiers in Plant Science（9篇），PLoS Genetics（8篇），Nature Plants（8篇），New Phytologist（9篇），Genome Biology （5篇），National Science Review（5篇），MOLECULAR CELL（5篇），Cell Research（5篇），DEVELOPMENTAL CELL（4篇），Methods in Molecular Biology（4篇），Plant Cell（4篇），EMBO Journal（3篇），Signal Transduction and Targeted Therapy（2篇），Cell Discovery（2篇），Nature Reviews Genetics（1篇），Nature Reviews Molecular Cell Biology（1篇）及 Nature Biotechnology（1篇）等发表241篇文章（仅包括综述及研究论文，通讯作者的有146篇文章）（文章后附列表），专注于基因编辑，表观遗传及逆境生物学领域。另外，由于时间匆忙，如有错误，可向编辑部反馈。
植物中的DNA甲基化发生在三个序列中：CG、CHG和CHH（H = A、T或C）。CG甲基化由MET1（哺乳动物DNMT1的直系同源物）催化，而四种DNA甲基转移酶共同负责非CG甲基化：CHG和DRM1/2（哺乳动物DNMT3的直系同源物）的铬甲基化酶CMT2和CMT3以及CHH的CMT2。从头DNA甲基化由DRM2通过RNA指导的DNA甲基化途径介导。CG和非CG的甲基化在许多情况下相互依赖地发生。转座因子(transposable elements, TEs)中存在CG甲基化和非CG甲基化，而仅CG甲基化在基因体中普遍存在。
DNA甲基化和组蛋白修饰构成了决定转录活动的表观基因组景观。一些DNA甲基化相关突变体的可用性为我们了解拟南芥中DNA甲基化和组蛋白修饰之间的相互作用铺平了道路。
目前研究表明，破坏MET1导致整个基因组中CG甲基化的丧失并导致H3K9me2（组蛋白H3赖氨酸9二甲基化）和H3K27me3（组蛋白H3赖氨酸27三甲基化）异位获得。在drm1 drm2 cmt2 cmt3(ddcc)四倍突变植物中，其中非CG甲基化完全丧失，据报道H3K9me2被强烈减少。非CG甲基化和H3K9me2通过反馈回路相互增强：甲基化CHG和CHH募集H3K9特异性甲基转移酶SUVH4、SUVH5和SUVH6，反过来，H3K9me2促进CMT3和CMT2功能以甲基化CHG和/或CHH上下游。
不仅如此，DNA去甲基化酶ROS1需要组蛋白乙酰转移酶IDM1来去除某些基因组区域中的DNA甲基化；组蛋白去乙酰化酶6 (histone deacetylase 6, HDA6)与MET1相互作用，使DNA甲基化；其他组蛋白标记（包括H3K36me3、H3K27me1、H3K4me3和H3K27me3）的改变对DNA甲基化没有显著影响。此外，DNA甲基化对染色质的可及性有深远的影响。然而，由于无法产生完全没有DNA甲基化的植物材料，因此无法全面分析DNA甲基化对染色质状态的贡献程度，以及这些状态最终如何影响基因表达。
在这项研究中，为了完全消除DNA甲基化，通过整合全基因组DNA甲基化和组蛋白修饰标记，以及野生型(Col-0)、met1、ddcc和五重突变体mddcc(met1 drm1 drm2 cmt2 cmt3)拟南芥植物的转录谱，发现DNA甲基化的完全丧失导致组蛋白修饰格局的剧变，包括H3K9me2的完全丧失以及活性和H3K27me3组蛋白标记的广泛重新分布，这主要是由于DNA甲基化在启动H3K9me2沉积中的作用并排除了活性标记和抑制标记H3K27me3；CG和非CG甲基化可以在某些基因组区域独立发挥作用，而在许多其他区域协同作用。
图1. DNA甲基化的完全丧失导致组蛋白修饰格局的剧变（图源自Genome Biology）
重要的是，研究发现在没有DNA甲基化的情况下，不同组蛋白修饰在全基因组转录调控中的关键作用。揭示了活性标记促进基因组转录，而抑制标记H3K27me3弥补了整个基因组中多个转座子家族中DNA高甲基化/H3K9me2的缺乏。
图2. DNA甲基化在组蛋白修饰和转录环境中的作用（图源自Genome Biology）
总的来说，这项研究结果表明，DNA甲基化是组蛋白修饰的全基因组景观的基础，完整的DNA甲基化组构成了拟南芥表观基因组景观的支架，这对于受控的基因组转录和最终的正常生长和发育至关重要。
华中农业大学/中国科学院分子植物科学卓越创新中心/中国科学院上海植物逆境生物学研究中心赵伦、周强伟与中国科学院分子植物科学卓越创新中心/中国科学院上海植物逆境生物学研究中心何力为该论文的共同第一作者。
最后，朱健康团队从2014年到2023年（截至2023年3月28日）在Cell（1篇），Journal of Integrative Plant Biology（28篇），PNAS（22篇），Plant Biotechnology Journal（16篇），Nature Communications（14篇），Molecular Plant（11篇），Plant Physiology（10篇），Plant Journal（9篇），Frontiers in Plant Science（9篇），PLoS Genetics（8篇），Nature Plants（8篇），New Phytologist（9篇），Genome Biology（5篇），NationalScience Review（5篇），MOLECULAR CELL（5篇），Cell Research（5篇），DEVELOPMENTAL CELL（4篇），Methods in Molecular Biology（4篇），Plant Cell（4篇），EMBO Journal（3篇），Signal Transduction and Targeted Therapy（2篇），Cell Discovery（2篇），Nature Reviews Genetics（1篇），Nature Reviews Molecular Cell Biology（1篇）及Nature Biotechnology（1篇）等发表241篇文章（仅包括综述及研究论文，通讯作者的有146篇文章）（文章后附列表），专注于基因编辑，表观遗传及逆境生物学领域。另外，由于时间匆忙，如有错误，可向编辑部反馈。下面是241篇文章列表：
参考消息：https://genomebiology.biomedcentral.com/articles/10.1186/s13059-022-02768-x标签：
