钱伟强 研究员

钱伟强 研究员

植物表观遗传学研究组

北京大学 生命科学学院 研究员,博士生导师 中组部第四批“青年千人” 国家自然基金委“优秀青年基金”获得者

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1、植物基因组DNA主动去甲基化的分子机制和生物学功能;

2、植物基因沉默的表观遗传学机制;

3、植物非编码RNA的功能鉴定。


鉴定DNA主动去甲基化的调控因子

基因组DNA的甲基化水平和分布是由DNA甲基化和DNA去甲基化协同调控的。 目前,关于DNA甲基化的调控机制已经研究的比较清楚,但对于DNA主动去甲基化的调控还不清楚。为了研究DNA主动去甲基化的调控机制,我们通过chop-PCR筛选的方法,鉴定了两个DNA甲基化升高的突变体idm1和idm2。IDM1编码具有多个功能域的组蛋白乙酰化酶;IDM2编码一个具有α-crystallin结构域的小分子量蛋白,其具有和小分子量热激蛋白相似的结构域。IDM2的功能缺失会使DNA甲基化水平增加,导致报告基因和一些内源基因被沉默,并且这种表型与另一个负责调控DNA主动去甲基化的因子IDM1突变产生的表型类似。进一步研究表明,IDM2和IDM1之间能够直接互作,并且在细胞核中共定位。在植物体内,IDM1需要IDM2才能获得建立H3K18乙酰化的完全活性,不过IDM1的H3K23乙酰化活性并不需要IDM2。该研究表明IDM2能够调控IDM1,在DNA的主动去甲基化过程中起着重要作用。

为了进一步研究IDM1的生物学功能和招募机制,我们通过纯化IDM1蛋白复合体并结合蛋白质谱技术,鉴定了两个和IDM1相互作用的蛋白MBD7和IDL1。MBD7可以结合CG甲基化的DNA;IDL1是IDM2的同源基因。我们的研究表明MBD7可部分识别IDM1的靶位点,帮助IDM1定位到特定的区域。我们的研究找到一个可以调控DNA主动去甲基化的蛋白复合体,并且该复合体对于维持转基因和很多内源基因的正常表达具有重要作用。相关的研究发表在Molecular Cell 和PLoS Genetics杂志上。

我们已有的研究表明IDM1复合体只控制一部分ROS1靶位点的DNA去甲基化,说明在植物体内还存在一条IDM1不依赖的DNA主动去甲基化途径。我们通过chop-PCR筛选EPF2启动子区甲基化升高的突变体,鉴定到一个参与细胞质Fe-S中心装配的蛋白MET18。MET18可以直接和DNA去甲基化酶ROS1相互作用,并帮助ROS1蛋白Fe-S中心的组装。在met18突变体中,ROS1的酶活降低从而引起很多位点DNA甲基化的升高。我们的研究首次揭示了ROS1酶活性的调控机制,并把Fe-S中心组装和DNA主动去甲基化联系在一起。相关研究发表在Scientific Reports杂志上。

解析基因沉默的分子机制

在拟南芥中,由小RNA(small interfere RNA,siRNA)和长的非编码RNA(long non coding RNA,lncRNA)共同参与的RdDM (RNA-directed DNA methylation)通路主要在转录水平调控基因的表达。最近的研究表明,除了RdDM途径,MORC(microrchidia)家族的染色质重塑因子能够不依赖于DNA的甲基化而调控基因的表达,并帮助核小体定位和染色质稳定。到目前为止,关于RdDM途径下游的DNA甲基化修饰的识别机制以及MORC蛋白是如何与RdDM途径的成员共同调控基因沉默的机制还不清楚。我们通过筛选idm1突变体的抑制子,克隆了两个RdDM途径的成员以及SUVH9和MORC6。SUVH9可以和MORC6直接相互作用,这两个蛋白对于维持基因组的稳定及染色体的3-D结构具有重要作用。此外,我们还发现MORC6蛋白家族(包括MORC1 和 MORC2)可以和IDN2和染色质结构调控蛋白SWI/SNF复合体相互作用。我们的研究把两个原先相对独立的基因沉默途径联系在一起,对研究染色质的结构调控机制有重要作用。该研究发表在Molecular Plant 杂志上。


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景誉庆、王悦、王小康、袁卫、李金超、刘衍男、孙林华、卓婉清、童津津、刘心宇、梁文洁、刘艺、史计、曲绍峰、曹玉鑫、任志彤、李若雪