12月8日，Cell Research 雜志在線發(fā)表了中國科學(xué)院上海生命科學(xué)研究院植物逆境生物學(xué)研究中心朱健康課題組題為Dicer-independent RNA-directed DNA methylation in Arabidopsis 的研究論文。該研究揭示了小干擾RNA前體在介導(dǎo)DNA甲基化中的作用，推翻了24-nt小干擾RNA對于RNA介導(dǎo)的DNA甲基化是必需的傳統(tǒng)認(rèn)知，開辟了DNA甲基化的調(diào)控機(jī)理研究的新方向。

小RNA介導(dǎo)的轉(zhuǎn)錄沉默和異染色質(zhì)形成是在植物和動(dòng)物中都保守的表觀遺傳學(xué)分子機(jī)制。由轉(zhuǎn)錄沉默位點(diǎn)產(chǎn)生的小干擾RNA為DNA或組蛋白甲基轉(zhuǎn)移酶提供序列特異性，從而介導(dǎo)穩(wěn)定的轉(zhuǎn)錄沉默。一般認(rèn)為小干擾RNA的產(chǎn)生和放大是轉(zhuǎn)錄沉默的必要條件，當(dāng)沒有小RNA產(chǎn)生時(shí)，轉(zhuǎn)錄沉默也會(huì)受到影響。朱健康研究組通過研究擬南芥中RNA介導(dǎo)的DNA甲基化信號通路（RdDM），發(fā)現(xiàn)小干擾RNA前體，而非小干擾RNA本身，才可能是介導(dǎo)DNA甲基化的信號。

以往的研究表明RdDM途徑由Dicer like 3（DCL3）參與切割雙鏈RNA所產(chǎn)生的24-nt siRNA來介導(dǎo)。雖然也有研究發(fā)現(xiàn)，負(fù)責(zé)切割產(chǎn)生24-nt siRNA的Dicer like 3 (DCL3) 的突變體中的甲基化下降比預(yù)期的明顯低，但是人們推測是由DCL3的同源基因功能冗余造成的，對此現(xiàn)象的機(jī)理解析一直被忽視。

在該研究中，朱健康課題組的楊東雷和張貴平等研究人員通過對擬南芥中四個(gè)DCL基因的全部敲除，發(fā)現(xiàn)dcl1/2/3/4四突變中的24-nt siRNA幾乎全部消失，但是出乎意料的是突變體的甲基化水平并沒有太多下降，在很多位點(diǎn)上甚至達(dá)到了跟野生型對照相同的甲基化水平，這推翻了被廣泛認(rèn)可的觀念即24-nt siRNA對于RdDM是必需的。進(jìn)一步對四突變的全基因組的甲基化信息進(jìn)行分析，他們發(fā)現(xiàn)在需要Pol IV和/或Pol V的RdDM靶向位點(diǎn)中，只有16%*依賴于Dicer的活性。在其余的Pol IV和/或Pol V依賴性位點(diǎn)DNA甲基化部分或*不依賴Dicer活性，表明24-nt siRNA可能僅僅是RNA聚合酶IV轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物沒有作用的副產(chǎn)品。

通過對長度為18-100nt的小RNA測序，他們發(fā)現(xiàn)在Dicer突變植物中DNA甲基化水平與一類新的長度為25-50 nt的RNA表達(dá)水平正相關(guān)。這一類RNA的產(chǎn)生依賴于RNA聚合酶IV（因此被命名為P4 RNA），表明這可能就是尋找的RNA聚合酶IV的轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物。結(jié)合已經(jīng)發(fā)布的擬南芥組蛋白修飾的全基因組數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)在RdDM途徑中，24-nt siRNA和他們的前體P4 RNA 哪個(gè)更重要可能取決于所在位點(diǎn)的周邊染色質(zhì)的環(huán)境，即*依賴Dicer活性的位點(diǎn)主要位于富含活躍表觀遺傳標(biāo)記（H3K4me2,H3K4me3,H3K9ac）即轉(zhuǎn)錄活躍的常染色質(zhì)區(qū)，而部分或*不依賴Dicer活性的位點(diǎn)主要位于富含抑制表觀遺傳標(biāo)記（H3K9me2,H3K27me1）的轉(zhuǎn)錄不活躍的異染色質(zhì)區(qū)域。

該研究揭示了植物中的RdDM很大程度上是由從前未知的不依賴于Dicer的非編碼RNA所引導(dǎo)，這類小干擾RNA的前體可能是RdDM所有位點(diǎn)起始甲基化的觸發(fā)器，并且是大部分位點(diǎn)建立和維持DNA甲基化的必要條件。更重要的是，這一發(fā)現(xiàn)推翻了RdDM的分子機(jī)理解析中的傳統(tǒng)認(rèn)知，為植物DNA甲基化的機(jī)制研究和技術(shù)開發(fā)提供了新思路。

該工作得到了中國科學(xué)院經(jīng)費(fèi)的支持。

兩個(gè)ID位點(diǎn)的甲基化水平和P4 RNA的積累