2022年3月14日，Nat Commun杂志在线发表了中国科学院分子植物科学卓越创新中心，上海植物逆境生物学研究中心朱健康研究组题为“DNA methylation-free Arabidopsis reveals crucial roles of DNA methylation in regulating gene expression and development”的研究论文。该项研究首次创造无DNA甲基化的植物，全面的揭示了DNA甲基化在植物发育和基因表达调控过程中的作用。无论是哺乳动物还是植物，其基因组上胞嘧啶碱基第5个碳原子上都存在一种叫做甲基化的表观遗传修饰。不同于哺乳动物的DNA 甲基化，其主要发生在CG 位点，植物的DNA 甲基化更加复杂，它可以发生在CG、CHG 和CHH 位点（其中H 是除C 以外的任何碱基）。拟南芥等多种模式植物的研究，使我们对于DNA 甲基化的建立和遗传机制有了广泛而深入的认识。但是，至今我们还不确定（1）有多少个DNA甲基化转移酶参与维持植物的DNA甲基化？（2）DNA甲基化对于植物的重要性有多大？（3）你能想象没有DNA甲基化的植物长什么样子吗？此项研究回答了这三个重要的问题。作者巧妙的联合经典遗传学和CRISPR/Cas9的方法同时突变了拟南芥5个已知功能的DNA甲基化转移酶，发现该突变的拟南芥竟然丢失了所有的DNA甲基化，作者将此突变体命名为mddcc。mddcc代表第一个人造的无DNA甲基化的植物。它为研究DNA甲基化在真核生物的作用与意义打开全新的一扇门。mddcc表现出极端的发育缺陷，包括但不限于极端的矮小、无法开花、SAM和RAM的活性受到极大的抑制。令人惊讶的是mddcc的存活时间要远远的长于野生型。这表明DNA甲基化对于拟南芥的正常发育是必须，但是对于其存活却不是必须的。因而，甲基化的胞嘧啶并不像腺嘌呤、鸟嘌呤、胞嘧啶、胸腺嘧啶那样是一个基础的遗传元件。进一步的，作者发现植物一旦丢失了所有的DNA甲基化后，基因组中大量的跳跃基因处于活跃状态，并且发生了跳跃。通过对转录组的分析发现DNA甲基化以多种方式调控基因的表达，其中剂量效应占主导。这些发现不仅推动了我们对DNA 甲基化在植物乃至其他高等生物的基因表达调控和个体发育过程中所扮演的作用和意义的认识和理解，它还建立了一个研究DNA甲基化在特定生物学过程中作用的框架。图注：无DNA甲基化植物的形态。图a：11天幼苗的形态；图b：5周植株的形态；图c：mddcc不能开花；图d：45天植株的形态；图e：54天植株的形态。WT代表野生型；ddcc代表丢失了绝大部分non-CG甲基化；met1-9代表丢失了绝大部分CG甲基化。
中心副研究员何力为第一作者，朱健康研究员为通讯作者，该工作得到国家自然科学基金和中科院的相关经费资助。文章链接：https://www.nature.com/articles/s41467-022-28940-2为了不让您最关心的内容被湮没
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