6月8日，Nature Plants 期刊在線發(fā)表了中國科學(xué)院分子植物科學(xué)卓越創(chuàng)新中心朱健康研究組題為Epigenetic memory marks determine epiallele stability at loci targeted by de novo DNA methylation 的研究論文。該研究首次發(fā)現(xiàn)DNA從頭甲基化的改變也能穩(wěn)定遺傳的現(xiàn)象，并闡明了DNA甲基化和組蛋白修飾等多種表觀遺傳修飾機制共同決定了從頭甲基化通路—RdDM依賴的表觀等位基因的形成分子機制。

DNA甲基化作為真核生物中最常見的表觀遺傳修飾之一，其信息能否跨代傳遞對維持表觀基因組穩(wěn)定性和表觀等位基因的形成及傳代都是至關(guān)重要的。作為植物中的從頭甲基化通路，RNA介導(dǎo)的DNA甲基化（RdDM）通路負責所有序列類型（CG，CHG，CHH，H代表A，C，T）的DNA甲基化的從頭建立。通常認為該通路靶位點處DNA甲基化的改變是不能穩(wěn)定遺傳的，但全基因組范圍內(nèi)DNA從頭甲基化的跨代遺傳情況尚不清楚。

RNA聚合酶Pol IV負責產(chǎn)生的24-nt siRNA是RdDM途徑的關(guān)鍵一環(huán)。該研究通過分析模式植物擬南芥Pol IV最大亞基NRPD1敲除突變體轉(zhuǎn)基因互補株系的DNA甲基化恢復(fù)情況，將RdDM靶位點分為兩類：甲基化丟失后可以恢復(fù)的CD位點和不能恢復(fù)的ND位點。生物信息學(xué)分析表明CD和ND位點的多種遺傳及表觀遺傳特征是不同的。相較于CD位點，ND位點富含較高水平的活性染色質(zhì)標記，如組蛋白H3K4me3修飾和H3K18ac修飾;另一方面，不同于ND位點在nrpd1突變體中幾乎丟失了所有序列類型的DNA甲基化，CD位點在突變體中依然保留了部分CG以及CHG甲基化。這些特征可能導(dǎo)致了它們在DNA甲基化丟失后恢復(fù)過程中的不同表現(xiàn)。

研究人員通過敲除組蛋白H3K4甲基轉(zhuǎn)移酶將部分ND位點轉(zhuǎn)變?yōu)镃D位點，證明ND位點處較高水平的H3K4me3修飾會阻礙RdDM組分的招募。此外，敲除DNA去甲基化酶ROS1后也會導(dǎo)致部分ND位點轉(zhuǎn)變?yōu)镃D位點，表明較高水平的H3K18ac修飾可能通過招募DNA去甲基化酶到ND位點進行去甲基化，進而阻礙RdDM通路在此處建立DNA甲基化。研究人員進一步利用CRISPR/dCas9-TET1cd表觀基因組定點編輯系統(tǒng)對nrpd1突變體中特定CD位點保留的mCG和mCHG進行定向去甲基化，之后即使恢復(fù)NRPD1基因的正常功能，也不能在這些位點從頭起始DNA甲基化，證明了CD位點在nrpd1突變體中保留的CG和CHG甲基化可以作為記憶標記招募RdDM組分。

該研究揭示了從頭（de novo）DNA甲基化穩(wěn)定遺傳的機制，為深入了解表觀等位基因的形成及穩(wěn)定遺傳提供了線索。

朱健康研究組博士生李靜雯為論文的第一作者，朱健康為論文的通訊作者。該研究得到中科院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項的資助。