研究揭示染色質重塑因子PKL在RNA介導的DNA甲基化中的功能

5月31日，《基因組生物學》（Genome Biology）雜誌在線發表了科學院上海生命科學研究院植物逆境生物學研究中心張蘅研究組題為The developmental regulator PKL is required to maintain correct DNA methylation patterns at RNA-directed DNA methylation loci 的研究論文。楊榮是該文章的第一作者，張蘅為通訊作者。該研究揭示了染色質重塑因子PKL在RNA介導的DNA甲基化過程中的重要調控作用。

在植物中，RNA介導的DNA甲基化（RdDM）是一種重要的建立全新DNA甲基化式樣和轉錄基因沉默的機制，通過小干擾RNA（siRNA）與支架RNA（scaffold RNA）的鹼基配對引導DNA甲基轉移酶到特定的位點進行全新DNA甲基化。RdDM在外源基因沉默、維持基因組穩定性、生殖細胞DNA甲基化模式建立等生物學過程中起重要作用，解析其分子機理對於實現特定基因的轉錄沉默或激活具有重要意義。

在這項研究中，張蘅研究組通過正向遺傳學篩選到了兩個新的參與轉基因沉默的突變體。圖位克隆發現這兩個突變體是由於一個重要的發育調控基因PICKLE（PKL）功能缺失造成的。全基因組甲基化分析發現PKL影響大約一半RdDM位點的正常DNA甲基化，其中上升和下降的位點大致相當。在RNA介導的DNA甲基化過程中，DNA甲基化的位點特異性主要由兩類非編碼RNA界定：小干擾RNA（siRNA）和支架RNA（scaffold RNA），分別由植物特有的RNA聚合酶Pol IV和Pol V參與生成。因此研究人員也分析了全基因組的小干擾RNA和特定位點的支架RNA水平。他們發現在pkl突變體中，部分位點的DNA甲基化水平的變化伴隨著相同趨勢的小干擾RNA水平和支架RNA水平的變化。同時PKL還促進多個受Pol V調節的核小體的定位，說明與Pol V相關的功能可能受到了影響。

通過分析mRNA轉錄組與全基因組DNA甲基化的相關性，研究人員發現在pkl突變體中，雖然一定數量的轉座子和基因的轉錄產物上升伴隨著DNA甲基化的下降，大部分位點的DNA甲基化變化不足以釋放轉錄沉默。因此研究人員設想，在RdDM的靶位點區域，PKL能夠通過其核小體重塑活性改變染色質環境，從而影響非編碼RNA的產生和轉錄沉默。此論文揭示了CHD家族蛋白PKL在RNA介導的DNA甲基化過程中的作用並暗示RNA聚合酶Pol IV/V可以使用與Pol II相同的染色體重塑因子進行轉錄調控。

上海生科院揭示染色質重塑因子PKL在RNA介導的DNA甲基化中的功能