RNA介导的DNA甲基化

1、RNARNA介导的介导的DNADNA甲基化甲基化RNA-directed DNA methylation: an epigenetic pathway of increasing complexity王 明 强2015717011江苏省中国科学院植物研究所表观遗传表观遗传同卵双生：奥利维亚和伊莎贝拉同卵双生：奥利维亚和伊莎贝拉在基因的在基因的DNA序列不序列不发生改变的情况下，发生改变的情况下，基因表达水平与功能基因表达水平与功能发生改变，并产生发生改变，并产生可可遗传遗传的表型。的表型。 (1) 可遗传可遗传 (2) 可逆性可逆性 (3) DNA不变不变背景拉马克学说拉马克学说用进废退用进废

2、退获得性遗传获得性遗传Weismann的小鼠的小鼠达尔文学说达尔文学说物竞天择物竞天择适者生存适者生存背景DNARNA蛋白质蛋白质中心法则及发展中心法则及发展表观遗传修饰表观遗传修饰 表观遗传修饰表观遗传修饰DNADNA甲基化甲基化组蛋白修饰组蛋白修饰siRNAsiRNA与与miRNAmiRNA介导的调控介导的调控基因组基因组印迹印迹X X染色体失活染色体失活染色体构型重塑染色体构型重塑RdDMsi RNA介导的介导的DNA甲基化（甲基化（RdDM）是植物表观遗传主要的途径。）是植物表观遗传主要的途径。RdDM需要一个的转录机制，包括两个特定的植物需要一个的转录机制，包括两个特定的植物RNA聚

3、合酶聚合酶IV、聚合酶聚合酶V和一些辅助蛋白。和一些辅助蛋白。典型的典型的RdDM通路通路非非典型典型的的RdDM通路通路RdDMRdDM-经典途径经典途径多种因子参与的多种因子参与的聚合酶聚合酶IV依赖性的依赖性的siRNA的生物合成的生物合成。聚合酶聚合酶V介导的从头介导的从头DNA甲基化或染色质变化甲基化或染色质变化，包括组蛋白修饰、核小，包括组蛋白修饰、核小体定位和高阶染色质构象体定位和高阶染色质构象目标序列：目标序列：转座子及其它重复序列转座子及其它重复序列RdDM-经典途径经典途径聚合酶聚合酶介导的介导的siRNA合成合成（SHH1）染色质重塑蛋白）染色质重塑蛋白 H3K9me和未

4、甲基化的和未甲基化的H3K4（RDR2）赖性）赖性RNA聚合酶聚合酶（DCL3）RNase -LIKE DsRNase（HEN1）RNA甲基转移酶甲基转移酶（AGO4）siRNAs结合蛋白结合蛋白RdDM-经典途径经典途径聚合酶聚合酶V-介导的从头甲基化介导的从头甲基化SU（VAR）3-9甲基组蛋白家族甲基组蛋白家族DDR复合物复合物DRD1染色质重塑蛋白染色质重塑蛋白DMS 3染色质支架蛋白染色质支架蛋白RDM1单链甲基化单链甲基化DNA结合蛋白结合蛋白KTF1 转录因子转录因子DRM2 DNA甲基转移酶甲基转移酶IDN2 dsRNA结合蛋白结合蛋白SWI / SNF 染色质重塑复合物染色质

5、重塑复合物HDA6 组蛋白去乙酰组蛋白去乙酰6JMJ14 JumonjiC型组蛋白去甲基型组蛋白去甲基UBP26泛素特异性蛋白酶泛素特异性蛋白酶26组蛋白修饰组蛋白修饰RdDM-经典途径经典途径典型的典型的RdDM通路通路RdDM-DNA甲基化的维持和动态甲基化的维持和动态CG和和CHG对称甲基对称甲基可以在可以在DNA复制后不依赖于复制后不依赖于siRNAs，而被，而被MET1和和CMT3维持甲基化维持甲基化CHH甲基甲基，不同于对称甲基化，则不会在两个子不同于对称甲基化，则不会在两个子DNA链中出现，链中出现，不能在没有不能在没有siRNAs引发下保持，引发下保持，DNA复制后都需要重新建

6、立复制后都需要重新建立植植 物物 CGCHGCHH动动 物物 CG沉默抑制子沉默抑制子1 REPRESSOR OF SILENCING 1 (ROS1) ，通过碱，通过碱基切除修复途径参与积极基切除修复途径参与积极去甲基化的去甲基化的DNA糖基化酶糖基化酶，优先抵消，优先抵消RdDM引起的甲基化。引起的甲基化。RdDM-非经典途径非经典途径非经典途径非经典途径miRNA与与tasiRNA的诱导的诱导DNA甲基化甲基化非经典途径非经典途径RDR6依赖依赖RdDMRdDM-生物角色生物角色RdDM转座子的控制转座子的控制病原体防御病原体防御基因组印记基因组印记应激反应应激反应表等位基因表等位基因生

7、殖生殖等位基因之间的联系等位基因之间的联系细胞间交流细胞间交流基因相互作用基因相互作用RdDM-转座子的控制转座子的控制拟南芥基因组中至少增加拟南芥基因组中至少增加4个转座子，将会引发个转座子，将会引发RdDM；当内源转座子拷贝数增加，也会引起当内源转座子拷贝数增加，也会引起RdDM。RdDM-病原体防御病原体防御RDR和和DCL蛋白可以把蛋白可以把RNA编码的病毒为靶标产生的编码的病毒为靶标产生的siRNA，然后催化病，然后催化病毒毒RNA的裂解，以限制病毒的复制和扩散。的裂解，以限制病毒的复制和扩散。DNA编码的病毒也产生小分子编码的病毒也产生小分子RNA，并受制，并受制RdDM。RdDM

8、-表等位基因表等位基因环境因素可以触发在特定基因座表观遗传改变以产生表等位基因环境因素可以触发在特定基因座表观遗传改变以产生表等位基因（epialleles），可以稳定地遗传到许多子代。），可以稳定地遗传到许多子代。RdDM-基因组印记基因组印记基因组印记发生在动物和开花植物，许多迹象表明，基因组印记与基因组印记发生在动物和开花植物，许多迹象表明，基因组印记与RdDM相关联。相关联。在拟南芥和水稻发育种子的许多位点聚合酶在拟南芥和水稻发育种子的许多位点聚合酶IV依赖的依赖的siRNA表表达是单亲，印迹基因通过母系转座子去甲基化建立基因达是单亲，印迹基因通过母系转座子去甲基化建立基因DEMETER差异去甲基化模式差异去甲基化模式RdDM-等位基因之间的联系等位基因之间的联系每个等位基因维持不同的表观状态，在副突变沉默等位基因主动每个等位基因维持不同的表观状态，在副突变沉默等位基因主动TGS通过传输给活跃的姐姐等位基因。通过传输给活跃的姐姐等位基因。RdDM-细胞间交流细胞间交流siRNAs还有助于核之间的通信。还有助于核之间的通信。转座子沉默在花粉营养细胞的细胞核中释放转座子沉默在花粉营养细胞的细胞核中释放siRNA移动到精子细胞移动到精子细胞产生，可能下一代的产生沉