朱健康院士CellResearch發布表觀遺傳新發現

　　來自中國科學院上海植物逆境生物學研究中心、美國普渡大學的研究人員，在擬南芥中揭示出了Dicer非依賴性的RNA介導的DNA甲基化機制（RdDM）。這一重要的研究發現發布在12月8日的《細胞研究》（Cell Research）雜志上。

　　中國科學院上海植物逆境生物學研究中心主任朱健康（Jian-Kang Zhu）是這篇論文的通訊作者。朱教授是植物抗逆生物學領域世界級領軍人物之一，其及其領導的實驗室在植物抗旱、抗鹽與耐低溫方面的研究碩果累累，是世界植物學領域發表論文引用率最高的科學家之一。。是首批“千人計劃”入選者，現為美國普渡大學生物化學系和園藝及園林系杰出教授，2010年當選為美國國家科學院院士。

　　DNA甲基化作為一種高等生物中古老而保守的表觀遺傳修飾，參與了許多重要的生物學功能，包括轉座子沉默、基因組印記、發育過程中的轉錄因子調控和環境反應，及跨代表觀基因遺傳等。RNA介導的DNA甲基化（RdDM）是植物從頭建立DNA甲基化的重要途徑。

　　在許多的生物中都觀察到有非編碼RNA介導的轉錄基因沉默和異染色質形成。人們認為，在所有的情況下，都是由小干擾RNAs (siRNAs)為催化抑制性表觀遺傳修飾的酶提供了靶向特異性。RdDM代表了植物中一個重要的RNA介導的表觀遺傳沉默信號通路，有人提出其至少經過了兩個連續的步驟：24-nt siRNA生物合成及siRNA引導從頭甲基化。

　　在擬南芥關鍵的RdDM通路中，兩種非典型的DNA依賴RNA聚合酶IV和V (Pol IV 和Pol V)分別負責產生24-nt siRNA和長非編碼RNAs。Pol IV可產生單鏈RNA，RNA引導的RNA聚合酶2（RDR2）將它們轉化為雙鏈RNA。

　　雙鏈RNA被Dicer樣3（DCL3）裂解為24-nt siRNAs，它們被裝載到細胞質中的AGO4 (Argonaute 4)，隨后運輸到細胞核中以裝配RdDM效應復合物。Pol V可產生長非編碼scaffold RNAs，來招募RdDM效應復合物。Pol IV和Pol V是多亞基RNA聚合酶，NRPD1和NRPE1分別是最大的Pol IV和Pol V亞基。DMS3、DRD1和RDM1形成DDR復合物，是Pol V在染色體上占位所必需的。最后，通過結合AGO4-siRNA 復合物和介導從頭DNA甲基化，DRM2被招募到RdDM靶位點。

　　為了更深入地認識RdDM機制，在這篇文章中研究人員對一批擬南芥突變體，包括Pol IV (nrpd1)或Dicer (dcl1/2/3/4)活性缺陷的植物進行了全基因組重亞硫酸鹽測序。出乎意料地，他們發現在需要Pol IV和/或Pol V的RdDM靶向位點中，只有16%的完全依賴于Dicer的活性。在其余的Pol IV和/或Pol V依賴性位點DNA甲基化部分或完全不依賴Dicer活性。在Dicer突變植物中DNA甲基化水平與Pol IV依賴性的25-50 nt RNAs累積相關聯。

　　這些研究結果表明，植物中的RdDM很大程度上是由從前未知的一類Dicer非依賴性非編碼RNA所引導，這類siRNAs是一部分位點維持DNA甲基化的必要條件。