12月8日，Cell Research 雜志在線發(fā)表了中國科學院上海生命科學研究院植物逆境生物學研究中心朱健康課題組題為Dicer-independent RNA-directed DNA methylation in Arabidopsis 的研究論文。該研究揭示了小干擾RNA前體在介導DNA甲基化中的作用，推翻了24-nt小干擾RNA對于RNA介導的DNA甲基化是必需的傳統(tǒng)認知，開辟了DNA甲基化的調控機理研究的新方向。

小RNA介導的轉錄沉默和異染色質形成是在植物和動物中都保守的表觀遺傳學分子機制。由轉錄沉默位點產(chǎn)生的小干擾RNA為DNA或組蛋白甲基轉移酶提供序列特異性，從而介導穩(wěn)定的轉錄沉默。一般認為小干擾RNA的產(chǎn)生和放大是轉錄沉默的必要條件，當沒有小RNA產(chǎn)生時，轉錄沉默也會受到影響。朱健康研究組通過研究擬南芥中RNA介導的DNA甲基化信號通路（RdDM），發(fā)現(xiàn)小干擾RNA前體，而非小干擾RNA本身，才可能是介導DNA甲基化的信號。

以往的研究表明RdDM途徑由Dicer like 3（DCL3）參與切割雙鏈RNA所產(chǎn)生的24-nt siRNA來介導。雖然也有研究發(fā)現(xiàn)，負責切割產(chǎn)生24-nt siRNA的Dicer like 3 (DCL3) 的突變體中的甲基化下降比預期的明顯低，但是人們推測是由DCL3的同源基因功能冗余造成的，對此現(xiàn)象的機理解析一直被忽視。

在該研究中，朱健康課題組的楊東雷和張貴平等研究人員通過對擬南芥中四個DCL基因的全部敲除，發(fā)現(xiàn)dcl1/2/3/4四突變中的24-nt siRNA幾乎全部消失，但是出乎意料的是突變體的甲基化水平并沒有太多下降，在很多位點上甚至達到了跟野生型對照相同的甲基化水平，這推翻了被廣泛認可的觀念即24-nt siRNA對于RdDM是必需的。進一步對四突變的全基因組的甲基化信息進行分析，他們發(fā)現(xiàn)在需要Pol IV和/或Pol V的RdDM靶向位點中，只有16%*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*不依賴Dicer活性，表明24-nt siRNA可能僅僅是RNA聚合酶IV轉錄產(chǎn)物沒有作用的副產(chǎn)品。

通過對長度為18-100nt的小RNA測序，他們發(fā)現(xiàn)在Dicer突變植物中DNA甲基化水平與一類新的長度為25-50 nt的RNA表達水平正相關。這一類RNA的產(chǎn)生依賴于RNA聚合酶IV（因此被命名為P4 RNA），表明這可能就是尋找的RNA聚合酶IV的轉錄產(chǎn)物。結合已經(jīng)發(fā)布的擬南芥組蛋白修飾的全基因組數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)在RdDM途徑中，24-nt siRNA和他們的前體P4 RNA 哪個更重要可能取決于所在位點的周邊染色質的環(huán)境，即*依賴Dicer活性的位點主要位于富含活躍表觀遺傳標記（H3K4me2,H3K4me3,H3K9ac）即轉錄活躍的常染色質區(qū)，而部分或*不依賴Dicer活性的位點主要位于富含抑制表觀遺傳標記（H3K9me2,H3K27me1）的轉錄不活躍的異染色質區(qū)域。

該研究揭示了植物中的RdDM很大程度上是由從前未知的不依賴于Dicer的非編碼RNA所引導，這類小干擾RNA的前體可能是RdDM所有位點起始甲基化的觸發(fā)器，并且是大部分位點建立和維持DNA甲基化的必要條件。更重要的是，這一發(fā)現(xiàn)推翻了RdDM的分子機理解析中的傳統(tǒng)認知，為植物DNA甲基化的機制研究和技術開發(fā)提供了新思路。

該工作得到了中國科學院經(jīng)費的支持。

兩個ID位點的甲基化水平和P4 RNA的積累