北京大學生命科學學院錢偉強課題組聯(lián)合賀新強課題組，發(fā)表題為“Active DNA demethylation regulates tracheary element differentiation in Arabidopsis”的研究論文。該研究借助獨特的擬南芥管狀分子異位誘導系統(tǒng)VISUAL（Vascular Induced System Using Arabidopsis Leaves），通過一系列的甲基化組和轉錄組分析，確定了DNA主動去甲基化在維管發(fā)育中的作用，并揭示了木質部管狀分子分化的表觀遺傳調控機制。

DNA甲基化（5-methylcytosine，5mC）是一種植物和動物保守的用來沉默轉座子并調節(jié)基因表達的表觀遺傳修飾。DNA甲基化模式可以通過DNA被動或主動去甲基化來改變，過去的研究證據(jù)表明，DNA去甲基化參與調節(jié)植物發(fā)育，但具體作用仍然知之甚少。在維管植物中，木質部負責水分運輸并提供機械支撐。木質部由管狀分子（tracheary element, TE）、薄壁組織細胞和纖維組成。TE的分化依賴復雜的轉錄因子調節(jié)網(wǎng)絡以確保木質部組織正常發(fā)育，盡管已有眾多發(fā)現(xiàn)，但表觀遺傳調控的機制（如DNA甲基化的變化）是否參與管狀分子分化尚不清楚。

在TE分化過程中，全基因組范圍內DNA甲基化發(fā)生重編程：在近著絲粒區(qū)域的CHH類型DNA甲基化發(fā)現(xiàn)了廣泛的去甲基化，在基因組不同區(qū)域的CG、CHG和CHH序列中同樣發(fā)現(xiàn)了DNA去甲基化。雖然近著絲粒區(qū)域甲基化的降低是被動發(fā)生的，但基因組中分散區(qū)域的DNA去甲基化依賴于由DNA糖基化酶ROS1、DML2和DML3（簡稱RDD）引發(fā)的DNA主動去甲基化。重要的是，遺傳分析表明，在DNA去甲基化酶的三突變體(rdd-2)中，體外系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)TE分化過程會收到損傷，并在體內實驗表明（擬南芥幼苗的根中）引起有木質部發(fā)育缺陷的表型，并且通過敲除RdDM途徑的核心蛋白復合體Pol IV和Pol V的關鍵亞基，能部分回復幼根的維管發(fā)育缺陷。DNA主動去甲基化靶向作用并調節(jié)TE分化相關的許多基因，rdd-2中木質部發(fā)育的缺陷是由多個基因的失調引起的。

此外，對Col-0野生型和rdd突變體背景的TE分化過程甲基化組和轉錄組的綜合分析發(fā)現(xiàn)由DNA主動去甲基化調節(jié)的TE分化相關基因。

本研究突出了RDD引發(fā)的DNA主動去甲基化在植物發(fā)育中的新功能，并提供了通過表觀遺傳調控機制調控TE分化的新見解。