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世博体育河南大学蒋建军教悔为第一作家-世博体育(中国)登录入口官方网站IOS安卓/通用版/APP官方网站

各人好，这里是专注表不雅组学十余年，领跑多组学科研处事的易基因。

DNA甲基化是一种蹙迫的表不雅遗传机制，对转座子千里默和基因组圆善性至关蹙迫。在进化历程中，DNA甲基化底物在不同生物界中发生各样化。在植物中，染色体甲基化酶3（CMT3）和CMT2离别介导CHG和CHH位点的甲基化。筹商词，这两种甲基更正酶在进化历程中如何分化其底物特异性仍然未知。

近日，河南大学蒋建军教悔为第一作家，好意思国圣路易斯华盛顿大学钟雪花教悔和加州大学河边分校宋吉奎教悔为共同通信在Science子刊《Science Advances》上发表了题为“Substrate specificity and protein stability drive the divergence of plant-specific DNA methyltransferases”的研究论文，揭示了底物特异性和卵白质安详性如何出手植物特异性DNA甲基更正酶分化，相称是CMT2和CMT3在进化历程中的底物特异性分化，讲述了CMT2和CMT3产生功能分化的表不雅遗传调控机制。

标题：Substrate specificity and protein stability drive the divergence of plant-specific DNA methyltransferases（底物特异性和卵白质安详性促进植物特异性DNA甲基更正酶分化）

发表时候：2024年11月6日

发表期刊：Science Advances

影响因子：IF 11.7 / 1区

应用手艺：BS-seq、RNA-seq（易基因金牌手艺）

本研究进行了全面的结构、功能和进化研究，分析了CMT2和CMT3分化背后的分子机制。研究领先揭示了对CMT3识别CHG至关蹙迫的精氨酸残基（R745）在CMT2中发达出很大的变异，讲明了其失去CHG特异性的原因。在拟南芥中，将CMT2中相应的残基突变为精氨酸（V1200R）获取了CHG甲基化活性，并在cmt2cmt3突变体中重新千里默一组转座元件（TEs），阐扬了近似CMT3功能。CMT3有一个短的N结尾，CMT2却包含一个长而无序的N结尾，这是很多植物物种的共同特征。这个长的N结尾调控CMT2安详性，并介导热指引的CMT2降解。此外由于当然界中CMT2的N端存在多种变异，CMT2的N端更具可塑性，概况高度容忍各样当然变异。总的来说，本研究揭示了植物种染色体甲基化酶靶向特定环境DNA甲基化的分化机制，并为植物中DNA甲基化的功能和进化提供了新的视角。

研究要津：

后果图形

（1）CMT2发源于着花植物中CMT3的复制，CMT2V1200R在体外和体内指引CHG甲基化增多

图1：精氨酸残基丢失使CMT2具有与CMT3不同的底物偏好。

A. 绿色植物（Viridiplantae）中CMT3（或其近缘同源物hCMTα/β）和CMT2的系统发育树。

B. CMT2和CMT3之间的卵白质序列消亡性（左图）以及在着花植物中与+2鸟嘌呤（G+2）搏斗的残基和CMT2中的相应残基（右图）。

C. 在cmt3突变布景下，M. polymorpha CMT3（MpCMT3）和C. braunii CMT3（CbCMT3）的CHG甲基化水平Meta图。

D. 拟南芥中总计转座元件（TEs）上的平均CHG甲基化水平Meta图。

E. CHG低甲基化区域（hypoDMRs）上的CHG甲基化水平箱线图。

F. CMT2和CMT2V1200R对CHH、CHG或半甲基化CHG（hmCHG）DNA底物的体外DNA甲基更正酶检测。

G. 玉米ZMET2-DNA复合物结构（卵白质数据库7UBU）流露ZMET2 Y526和R804与CHG环境中主义胞嘧啶+2位点（G+2）鸟嘌呤之间的互相作用。

H. 两个清闲的转基因CMT2和CMT2V1200R植物在cmt2cmt3（cc）突变布景下的表型图像。

I. 免疫陈迹图流露（H）中植物的CMT2和CMT2V1200R卵白水平。

J. McrBC-qPCR分析两个CMT2靶向TEs Copia89和Copia18A的DNA甲基化水平。

K. BS-seq中Copia89的CHG和CHH甲基化水平的基因组浏览器视图。

L. 拟南芥中总计TEs上的平均CHG甲基化水平Meta图。

M. 与Col-0比较时漂浮DMRs的叠加情况维恩图。

（2）CMT2V1200R介导的CHG甲基化逼迫TE

图2. CMT2V1200R逼迫CMT2和CMT3靶向的转座元件（TEs）。

A. 两个清闲的CMT2/cc和V1200R/cc转基因系中上调TEs的抒发水平热图。cc代表cmt2cmt3。虚线框示意被CMT2V1200R重新千里默的TEs。

B. CMT2/cc中仍然抒发的TEs的CHG和CHH DNA甲基化水平。

C. 在CMT2/cc和V1200R/cc转基因植物中，通过RT-qPCR检测Copia11和Copia47的相对转录水平。

D. CMT2/cc和V1200R/cc中各异抒发基因（DEGs）数目。

E. V1200R/cc中上调基因的基因实践（GO）分析。

（3）CMT2包含一个对审定位很蹙迫的长N结尾

图3. CMT2的长N端无序，且调控卵白水平。

A. 拟南芥（A. thaliana，双子叶植物）和A.trichopoda（基部被子植物）的CMT2和CMT3域结构图表。蓝色条示意串联重复。MT，甲基更正酶域；CD，染色质域。线上的数字示意域之间的氨基酸数目。WGD，全基因组复制。

B. A.trichopoda和A. thaliana CMT2 N端保守RRS motif比对。

C. A.trichopoda和A. thaliana CMT2的固有无序得分图，由PONDR评分。

D. 在A. thaliana cmt2突变布景下抒发全长A.trichopoda CMT2（AmtriCMT2）和N端截短的A.trichopoda CMT2（AmtriCMT2ΔN）的卵白水平免疫陈迹。

E. RT-qPCR流露AmtriCMT2和AmtriCMT2ΔN转基因系中AmtriCMT2转录水平。

F. 野生型（CMT3）和N端调遣的CMT3（CMT2N-CMT3ΔN）转基因系在cmt3突变体中的卵白水平免疫陈迹。

G. RT-qPCR流露CMT3和CMT2N-CMT3ΔN转基因植物中CMT3转录水平。

H. 野生型（CMT2）和N端调遣的CMT2（CMT3N-CMT2ΔN）转基因系在A. thaliana cmt2突变体中的卵白水平免疫陈迹。

I. RT-qPCR流露CMT2和CMT3N-CMT2ΔN转基因系中CMT2转录水平。

转录水平领先归一化到Col-0中的CMT2水平，然后归一化到Col-0中的ACT7水平。ns，无显贵性各异。

（4）CMT2的N结尾调控卵白质安详性

图4. CMT2的N结尾调控其卵白安详性。

A. 用500 μM环己酰亚胺（CHX）处置指定时候后CMT3（顶部）和CMT2N-CMT3ΔN（底部）的水平免疫陈迹图。使用7日龄幼苗。肌动卵白看成对照。R1和R2代表两个生物学重复。

B. 相对于肌动卵白归一化的卵白水平定量。

C. 免疫陈迹图流露用500 μM环己酰亚胺处置指定时候后CMT2（顶部）和CMT3N-CMT2ΔN（底部）的水平。

D. 免疫陈迹图流露用500 μM环己酰亚胺处置后CMT2N-GFP（顶部）和仅GFP（底部）的水平。右侧是通过GFP信号相对于肌动卵白圭臬化的卵白水平定量。

（5）N结尾介导热指引的CMT2降解

图5. 长N结尾介导热指引的CMT2卵白降解。

A. 免疫陈迹图流露在37°C热处置指定时候后CMT3（顶部）和CMT2N-CMT3ΔN（底部）的水平。使用10日龄幼苗。

B. 相对于肌动卵白归一化的卵白水平定量。

C. 免疫陈迹图流露在37°C热处置指定时候后CMT2（顶部）和CMT3N-CMT2ΔN（底部）的水平。

D. 免疫陈迹图流露在37°C热处置后CMT2N-GFP（顶部）和仅GFP（底部）的水平。

E. 共聚焦显微镜图像流露在37°C热处置指定时候后，拟南芥根尖中CMT2N-GFP和CMT2-GFP的定位和强度。

（6）CMT2当然变异发达出对环境威迫的耐受性

图6. 拟南芥中CMT2的当然变异。

A. 拟南芥近缘种CMT2基因的dN/dS绘制。

B. 不同CMT2基因突变的品系全基因组CHH甲基化水平。

C. 野生型（WT；n=25）、N端（第1外显子(n=31)和第3外显子(n=16)的AT4G19020.1）和C端（n=2）CMT2突变的CHH甲基化点图。

D. 拟南芥生态型Col-0和Lhasa-0的表型比较。

E. 来自青藏高原的当然品系Lhasa-0和Tibet-0的基因组浏览器视图，流露CMT2外显子中的单核苷酸变异（SNV）和插入。

F. 与野生型Col-0和CHH DNA甲基更正酶突变体比较，Lhasa-0生态型在拟南芥染色体上的平均水平CHH甲基化。

G. Lhasa-0与CHH DNA甲基更正酶突变体之间低甲基化各异甲基化区域（DMRs）的叠加。

H. McrBC-qPCR分析流露在两个代表性位点的DNA甲基化互补。含有CMT2基因组序列（gCMT2）的转基因系可以支撑Lhasa-0中丢失的CHH甲基化。Tibet-0用作对照。AMD，都备甲基化各异。

易小结

本研究通过WGBS+RNA-seq瓜分析揭示了植物中CMTs的分化机制，为清爽DNA甲基化在植物进化和功能中的作用提供了蹙迫主张。

研究亮点

1) CMT2的发源和进化：研究揭示了CMT2是如何从CMT3分化而来，以及这一分化如何影响了植物的DNA甲基化格局。

2) V1200R突变的功能研究：通过V1200R突变，研究者们告捷地改变了CMT2的底物特异性，这一发现对于清爽酶活性的调控具有蹙迫羡慕。

3) CMT2 N端的安详性研究：研究者们发现CMT2的长N结尾在热应激下对其安详性至关蹙迫，这一发现为清爽环境要素如何影响表不雅遗传机制提供了新的视角。

4) 当然变异与环境得当性：通过分析当然要求下CMT2的变异，研究者们揭示了这些变异如何影响植物对环境应激的得当性，这对于清爽植物进化和育种具有蹙迫羡慕。

这项研究不仅增进了对植物DNA甲基化机制的清爽，还为农业育种和作物雠校提供了潜在的分子靶标。

对于易基因全基因组重亚硫酸盐测序（WGBS）

全基因组重亚硫酸盐甲基化测序（WGBS）可以在全基因组鸿沟内精准的检测总计单个胞嘧啶碱基（C碱基）的甲基化水平，是DNA甲基化研究的金圭臬。WGBS能为基因组DNA甲基化时空特异性修饰的研究提供蹙迫手艺撑抓，能平庸应用在个体发育、胡闹和疾病等人命历程的机制研究中，亦然各物种甲基化图谱研究的首选要津。

易基因全基因组甲基化测序手艺通过T4-DNA连结酶，在超声波打断基因组DNA片断的两头连结贪图序列，连结家具通过重亚硫酸盐处置将未甲基化修饰的胞嘧啶C更正为尿嘧啶U，进而通过贪图序列介导的 PCR 手艺将尿嘧啶U更正为胸腺嘧啶T。

应用标的：

WGBS平庸用于各样物种，要求全基因组扫描（可以过要害位点）

手艺上风：

易基因提供全面的表不雅基因组学（DNA甲基化、DNA羟甲基化）和表不雅转录组学（m6A、m5C、m1A、m7G、ac4C）、染色质结构与功能组学手艺有有筹商（ChIP-seq、ATAC-seq），详询易基因：0755-28317900。

参考文件：

Jiang J世博体育, Gwee J, Fang J, Leichter SM, Sanders D, Ji X, Song J, Zhong X. Substrate specificity and protein stability drive the divergence of plant-specific DNA methyltransferases. Sci Adv. 2024 Nov 8;10(45):eadr2222. doi: 10.1126/sciadv.adr2222. PubMed PMID: 39504374.