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我室水稻团队揭示水稻新型DNA甲基化修饰图谱

信息来源:作物遗传改良国家重点实验室    发布时间:2018-08-03
7月30日,我室水稻团队周道绣课题组在Nature Plants上在线发表了题为“Identification and analysis of adenine N6-methylation sites in the rice genome” 最新研究成果。该项研究揭示了DNA腺嘌呤甲基化(N6-methyladenine,6mA)修饰在水稻基因组中的分布等特征及与DNA胞嘧啶甲基化(5-methylcytosine, 5mC)在调控基因组功能中的相互关系和去甲基化机制。

DNA甲基化通常是指胞嘧啶甲基化。腺嘌呤甲基化是近年来在真核生物中陆续发现的一种新DNA甲基化修饰。在不同真核生物基因组中,腺嘌呤甲基化的修饰程度、分布和对基因表达的影响都有很大的差异。腺嘌呤甲基化修饰植物基因组DNA是否影响基因组功能和基因表达目前还并不清楚。周道绣课题组通过超高效液相-质谱(HPLC-MS/MS)、6mA免疫沉淀测序(6mA immunoprecipitation sequencing)和三代单分子实时测序技术(Single Molecule Real-Time,SMRT)等方法证实水稻中腺嘌呤甲基化含量在2‰左右,同时也发现水稻腺嘌呤甲基化主要富集于GAGG序列,水稻基因组中20%的基因和14%的转座元件被其修饰。研究者还发现启动子区域的腺嘌呤甲基化修饰与基因抑制关联,基因转录区域的腺嘌呤甲基化则激活基因的表达;在基因转录区域,腺嘌呤甲基化与CG序列的胞嘧啶甲基化共存;而在转座子上腺嘌呤甲基化与CHH序列的胞嘧啶甲基化则具有互补性。研究发现水稻OsALKBH1基因突变导致基因组腺嘌呤甲基化水平增高。与曾志雄教授课题组合作证实了OsALKBH1蛋白具有DNA腺嘌呤甲基化去甲基化酶活性,并解析了OsALKBH1蛋白的晶体结构。这些结果表明DNA腺嘌呤甲基化与胞嘧啶甲基化在水稻表观基因组上的分布呈现协同互补,它们对基因表达都具有调控功能。

本论文的第一作者是作物遗传改良国家重点实验室水稻团队周超博士,周道绣教授与曾志雄教授为该文的通讯作者,赵毓教授、陈玲玲教授和张建伟教授也是该文的共同作者。该研究得到了国家重点研发计划、国家基金委等项目的资助。

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