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科研进展

植物逆境中心郎曌博研究组在Nature Communications 和 The Plant Journal连续发表研究揭示新的RdDM通路的分子机制

2021-08-02

        DNA甲基化是一种保守的表观遗传修饰,对基因表达和基因组稳定性至关重要。RNA介导的DNA甲基化(植物RdDM途径)是植物小RNA参与表观调控的重要方式,其需要两个植物特有的RNA聚合酶Pol IV(大亚基NRPD1为催化核心)和Pol V(大亚基NRPE1为催化核心)以及大量的辅助蛋白。RdDM可以在转录水平抑制转座子和基因,并参与到植物生物和非生物胁迫、植株再生、植物生长和果实成熟发育等生物学调控过程。
       
        在本研究中,科研人员通过全基因组甲基化测序以及差异甲基化区域(DMRs) 分析发现,开花调控基因FVE能够影响部分RdDM通路调控位点的DNA甲基化水平。siRNA测序以及差异表达区域的分析说明FVE参与RdDM通路siRNA的调控,尤其是下游siRNA的累积。qRT-PCR实验分析说明FVE影响 PolV转录本的转录水平。此外FVE调节DNA甲基化水平的变化伴随着相同趋势的siRNA水平的变化。染色体免疫沉淀测序试验(ChIP-seq)进一步说明FVE倾向于结合RdDM通路下游调控位点,进而调节DNA甲基化。
       
        另外,虽然RdDM途径跟组蛋白修饰之间的相互关系已经有了深入的研究,但是现有的分子机制并不能完全阐述组蛋白修饰跟RdDM作用位点的调控关系。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郎曌博研究组和南方科技大学杜嘉木研究组合作通过正向遗传学筛选到了参与基因沉默的突变体,通过克隆发现是具有Tudor domain的基因RDM15功能缺失造成的。通过甲基化测序和DMR的分析发现,RDM15影响的甲基化位点是RdDM作用位点。该工作发现了一个新的H3K4me1识别蛋白RDM15,其通过招募Pol V来参与RNA介导的DNA甲基化过程的新机制。
        
        通过FVE的免疫沉淀和质谱联用(IP-MS)IP-MS实验分析发现FVE与RDM15蛋白能够相互作用,通过酵母双杂交实验(Y2H)和Split-LUC实验进一步确认了二者的互作关系。利用RDM15的全基因甲基化数据以及DMR分析,证明FVE和RDM15共同调节部分RdDM位点的DNA甲基化水平。FVE与RDM15的研究分析进一步确认FVE参与RdDM通路下游功能调节的分子机制。
       
        以上研究结果分别于2021年7月27日和2021年6月7日在The Plant JournalNature Communications在线发表,题目分别为 “MSI4/FVE is required for accumulation of 24-nt siRNAs and DNA methylation at a subset of target regions of RNA-directed DNA methylation” 和“A histone H3K4me1-specific binding protein is required for siRNA accumulation and DNA methylation at a subset of loci targeted by RNA-directed DNA methylation”。
       
        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的郎曌博研究员为论文的通讯作者,博士研究生黄佩和副研究员黄焕博士为共同第一作者。该工作得到了中国科学院先导B项目、国家自然科学基金青年科学基金项目等经费的资助。
 
论文链接:
 
 
 

 
 

FVERDM15相互作用作用,调节RdDM通路相关位点的DNA甲基化和siRNA累积。

图片说明:FVEDMRA),siRNA差异表达区域(B)以及染色质上结合位点(C)的分析实验,证实FVE参与RdDM通路下游调控位点的DNA甲基化和24-nt siRNA累积水平。Split-LUC等实验分析结果(D)验证FVERDM15相互作用,FVERDM15DMR区域有很高的重叠(E),IGV示例(F)说明二者共同调节RdDM相关位点的DNA甲基化。