南京农业大学＂高层次引进人才＂在植物学一区top期刊发表研究论文,在表观遗传领域取得最新进展

近日，国际知名植物分子生物学期刊“The Plant Journal”在线发表了南京农业大学生命科学学院腊红桂教授课题组的最新研究成果: Mutation in THO2, a component of THO/TREX complex, causes transcriptional gene silencing and genome-wide DNA methylation changes (THO/TREX复合体的核心组分THO2的突变能够造成转录基因沉默和全基因组范围内的DNA甲基化的改变)。该研究发现，tho2-8突变不仅会导致转录水平的基因沉默 (transcriptional gene silencing, TGS)，还会造成全基因组范围内 DNA 甲基化水平的显著改变，这一发现揭示了RNA的转运过程与DNA甲基化之间存在着明显的协同调控关系。

在真核生物中，基因表达的精细调控体现在多个层面上。THO/TREX复合体一直被认为是mRNA代谢的核心参与者，主要负责将新合成的RNA从细胞核转运到细胞质，这些RNA分子包括mRNA和miRNA等。本研究发现，THO2能够参与调控DNA甲基化的状态，可能通过与DNA甲基化形成的关键复合体Pol IV成份之间的互作和调控依赖于Pol V的scaffold RNA的转录水平来影响24-nt siRNA的积累，从而调控全基因组范围内的DNA甲基化水平。

本研究通过对tho2-8功能缺失型突变体进行亚硫酸盐测序(BS-seq) 和转录组分析，发现tho2-8突变导致了全基因组DNA甲基化水平发生了复杂的变化：原本处于活跃转录状态的基因区 (gene body) 或启动子区发生了异常的DNA超甲基化修饰 (hypermethylation)，而部分异染色质区域则出现了大量的DNA甲基化的降低或丢失；由于启动子区被异常地甲基化，大量的原本正常表达的基因发生了表达降低或完全沉默；该突变体中24-nt siRNA水平表现出异常增加，这可能是一些区域DNA甲基化异常升高的原因之一。这一现象可能跟THO2与负责RNA指导的DNA甲基化(RNA-directed DNA methylation, RdDM) 途径的关键复合体Pol IV和Pol V相关联有直接的关系。通过筛选与THO2互作的蛋白，发现THO2能够与Pol IV的其中一个亚基NRPD7之间存在着相互作用，并且对于一些依赖于Pol V的转录本IGN的表达是必需的。因此，这一研究揭示了一个负责RNA从核质转运到胞质的蛋白复合体成份能够参与RdDM途径，并且对全基因组DNA甲基化水平造成很大的影响，从而表明了RNA转运体与DNA甲基化之间存在着密切的调控关系。

南京农业大学生命科学学院博士研究生腊玉梅为该论文的第一作者，腊红桂教授为通讯作者。该研究得到了国家自然科学基金等项目的资助。

全文链接：[https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/tpj.70686]

(a-b) 低荧光突变体rll7-1的遗传筛选和LUC基因表达水平分析。(c-d) rll7-1突变基因的等位性测验和图位克隆，证明了RLL7基因对应于THO2基因，rll7-1突变体因此被命名为tho2-8。(e) tho2-8突变体的DNA甲基化水平分析。(f) tho2-8突变体包含的hyper-DMRs与DNA甲基化突变体nrpd1-3和nrpe1-11的hypo-DMRs之间的重叠分析。(g) tho2-8突变体包含的CHH hypo-DMRs与DNA甲基化突变体nrpd1-3和nrpe1-11的CHH hypo-DMRs之间的重叠分析。(h) tho2-8突变体中的不同尺寸的small RNA的总体丰度检测。