Plant Cell | 中国农业大学贺岩课题组揭示玉米DDM1参与RdDM途径的机制

责编 | 王一

DNA甲基化作为植物体内重要的表观遗传修饰，对于抑制转座子的活性，维持基因组的稳定性以及调控基因表达起着重要的作用。染色质重塑因子Decrease in DNA Methylation 1(DDM1) 在植物不同物种中DNA 甲基化的维持起着至关重要的作用。在拟南芥、番茄、玉米和水稻ddm1突变体中，全基因组特别是异染色区域的DNA甲基化水平显著降低。因此，长期以来，我们对于DDM1的了解，仅限于它参与异染色区域的DNA甲基化的维持。

中国农业大学贺岩教授课题组先期的研究证实，在玉米中DDM1 可以参与RNA介导的DNA甲基化途径 （RdDM) ，并在 m CHH岛建立中起到决定性作用，但对于DDM1究竟如何参与RdDM途径机制还不清楚。

2021年3月29日，贺岩课题组在The Plant Cell在线发表了题为Maize Decrease in DNA methylation 1 targets RNA-directed DNA methylation on active chromatin的研究论文，绘制了玉米DDM1在全基因组水平上的占据区间，并揭示了DDM1与AGO4蛋白在染色体体共定位情况。

该研究利用染色质免疫沉淀结合高通量测序技术 (ChIP-Seq) ，确定了玉米基因组中ZmDDM1的全基因组占据情况。结果表明，ZmDDM1识别一个8 bp的富含GC的简并DNA motif (图1) ，该motif富含转录起始位点 （TSS） 和其他常染色体区域。同时，ZmDDM1占据的基因在侧翼区域表现出更高水平的CHH甲基化和24 nt siRNA。

图1：DDM1在玉米全基因组的占据情况

IP-MS实验结果显示， ZmDDM1与Argonaute 4 （ZmAGO4） 蛋白处在一个共同蛋白复合体中，进一步证明ZmDDM1是植物中RdDM复合物的组成成分之一。而AGO4蛋白染色质免疫沉淀也表现出一致的结果——绝大多数ZmDDM1靶向区域与ZmAGO4结合的基因组位点共定位。

最后，该课题组提出了一个模型：在玉米中，ZmDDM1通过识别富含GC的DNA motif被募集到常染色质区域进行染色质重塑，以实现开放的染色质区域中RdDM途径地进行。

图2：在活跃染色质区域上，DDM1引导AGO4依赖的RdDM途径地发生

中国农业大学农学院贺岩教授为通讯作者，贺岩教授课题组的龙金成、刘婧含、夏嫒嫒为共同第一作者。该项研究得到国家自然科学基金等的经费资助。

https://academic.oup.com/plcell/advance-article/doi/10.1093/plcell/koab098/6199447