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將表觀遺傳標(biāo)記（例如DNA甲基化）靶向特定位點(diǎn)的能力在基礎(chǔ)研究和作物植物工程中都很重要。但是，靶向DNA甲基化的遺傳性，其如何影響基因表達(dá)以及正確建立所需的表觀遺傳特征尚不清楚。2021年5月25日，浙江大學(xué)劉琬璐及加利福尼亞大學(xué)洛杉磯分校Steven E. Jacobsen共同通訊在Nature Communications 在線發(fā)表題為”Ectopic targeting of CG DNA methylation in Arabidopsis with the bacterial SssI methyltransferase“的研究論文，該研究顯示了用人工鋅指蛋白靶向CG特異性甲基轉(zhuǎn)移酶M.SssI可以建立遺傳性CG甲基化并沉默擬南芥中的目標(biāo)基因座。此外，該研究觀察到高度可遺傳的廣泛異位CG甲基化，主要是在常染色體區(qū)域。這種高甲基化對轉(zhuǎn)錄幾乎沒有影響，但會觸發(fā)H2A.Z和H3K27me3積累的輕度但顯著降低。這些結(jié)果概述了CG甲基化的遺傳性和相互作用以及其他表觀基因組特征的一般原則，這些原則應(yīng)有助于指導(dǎo)未來對表觀基因組的研究。

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DNA甲基化是一種進(jìn)化保守的表觀遺傳修飾，在沉默轉(zhuǎn)座因子和調(diào)節(jié)基因表達(dá)中起關(guān)鍵作用。在擬南芥中，DNA甲基化發(fā)生在三個序列環(huán)境中：CG，CHG和CHH（其中H代表A，T或C）。植物中DNA甲基化的建立涉及DNA甲基轉(zhuǎn)移酶DRM2，通過植物特有的RNA介導(dǎo)的DNA甲基化（RdDM）途徑進(jìn)行。

RdDM涉及通過RNA聚合酶IV（Pol IV）轉(zhuǎn)錄30-40個核苷酸（nt）單鏈RNA（P4RNA），然后被依賴于RNA的RNA聚合酶2（RDR2）逆轉(zhuǎn)錄。通過DICER-LIKE 3（DCL3）處理成24 nt小干擾RNA（siRNA），并加載到ARGONAUTE 4（AGO4）。接下來，與siRNA結(jié)合的AGO4通過序列互補(bǔ)識別由Pol V轉(zhuǎn)錄的非編碼P5RNA，這觸發(fā)DRM2的募集和從頭甲基化。建立后，維持CG甲基化需要DNA甲基轉(zhuǎn)移酶METHYLTRANSFERASE 1（MET1），而維持CHG和CHH甲基化則需要染色體甲基化酶3（CMT3）、CMT2和DRM2。

對稱的CG甲基化在不同生物之間是保守的，并且大部分分布在異染色質(zhì)區(qū)或基因區(qū)。在植物中，異染色質(zhì)區(qū)域上的甲基化發(fā)生在CG，CHG和CHH環(huán)境中，并且在轉(zhuǎn)座因子和重復(fù)序列的轉(zhuǎn)錄沉默中起重要作用。相比之下，在基因區(qū)域的甲基化，稱為基因體甲基化（gbM），與基因表達(dá)成正相關(guān)，并在組成型表達(dá)的基因中富集。盡管gbM在各種生物中具有高度的保守性，但其功能尚不為人所知。

在不同生物中的研究提出了gbM的各種功能，包括調(diào)節(jié)基因表達(dá)，選擇性剪接，反義轉(zhuǎn)錄，通過外顯子定義提高剪接準(zhǔn)確性，抑制RNA聚合酶II（Pol II）起始以及降低Pol II延伸效率。然而，在gbM水平存在差異的不同植物物種和模型植物擬南芥中進(jìn)行的大多數(shù)研究表明，這種修飾對基因表達(dá)的作用有限。同樣，gbM似乎并不影響植物中不同組蛋白修飾的整體模式。組蛋白變體H2A.Z是一個例外，其中已假設(shè)gbM可以防止H2A.Z擴(kuò)展成基因體和異常轉(zhuǎn)錄本的轉(zhuǎn)錄。

隨著DNA靶向工具（例如人造鋅指（ZF），TAL效應(yīng)子和CRISPR / Cas9系統(tǒng)）的發(fā)展，已成功在動植物中實(shí)現(xiàn)了對特定基因組位點(diǎn)的DNA甲基化的控制操作。最近在擬南芥中的研究表明，靶向由人工ZF蛋白融合不同RdDM組分足以將甲基化靶向基因組中的ZF結(jié)合位點(diǎn)。先前在不同生物中的研究都使用了Spiroplasma sp.菌株MQ1 CG甲基轉(zhuǎn)移酶M.SssI（SssI）靶向甲基化。

在這項(xiàng)工作中，將SssI融合到旨在靶向FAGEERING WAGENINGEN（FWA）啟動子的人工ZF（ZF-SssI）上，并測試其靶向擬南芥中甲基化的能力。ZF-SssI融合蛋白成功地將可遺傳的DNA甲基化靶向FWA啟動子和其他ZF脫靶位點(diǎn)。此外，ZF-SssI植物表現(xiàn)出全基因組范圍的異位CGhttps://mp.weixin.qq.com/s/TF9NmVfHAjSlaEXSyKJxmQ