mop1突变减低DNA甲基化水平进而改变了玉米染色体重组频率

（2021.2.18 Plant Biotechnology Journal ）

植物中，减数分裂是细胞分裂的一种特殊类型，在这种分裂过程中，一轮DNA 复制与两轮染色体分离结合在一起。在减数分裂前期，一个关键的步骤是同源重组，它促进同源配对并产生交叉。减数分裂重组是由拓扑异构酶样蛋白 SPO11-1和 SPO11-2以及一些辅助蛋白引起的 DNA 双链断裂（DSBs）启动的。DSBs随后被加工成单链DNA尾，介导同源链间的入侵，作为同源重组的结果，形成了交叉和非交叉。减数分裂重组是产生遗传多样性和保证同源染色体精确分离的基本過程。虽然人们对调节重组的遗传因素了解很多，但是对于表观遗传因素，比如DNA甲基化，却知之甚少。

近期，国际著名杂志PNAS在线发表了美国迈阿密大学和普渡大学合作的“The mop1 mutation affects the recombination landscape in maize”研究型论文。研究人员发现，在玉米中，mop1突变可以去除CHH甲基化，这种甲基化在染色体臂和着丝粒周围区域都紧邻频繁重组的位点。

研究人员为了了解RdDM在减数分裂重组中的作用，研究了拟南芥同源突变体mop1和lbl1（Leafbladeless1）的重组频率，并与野生型或杂合同科进行了比较。研究发现，在许多生物体中，减数分裂重组沿染色体分布不均匀，大多数周着丝粒区域的重组受到抑制，因此，将10条玉米染色体分离成具有代表性的染色体臂和着丝点区域，根据之前的遗传标记确定的基因和转座子密度以及基因组每MB的重组频率。通过比较，有9对在mop1突变体中增加了重组。增长最快的是8号、5号和4号染色体。与此相反，mop1突变体10条玉米染色体着丝点周围区域的重组率均匀降低，对10、8、5号染色体的影响较大。总的来说，mop1突变增加了染色体臂的减数分裂重组频率，但降低了染色体着丝粒周围区域的减数分裂重组频率。

然后，研究人员研究了关于mop1突变体影响整个现象的原因，通过抗体免疫定位发现在mop1突变体中，不会显著改变Crossover（交叉）前体的总数，而是导致重组向染色体末端区域重新分配，更频繁地出现在染色体臂上。为了解释在mop1突变体中发生重组变化的原因，研究人员进行了高通量全基因组亚硫酸盐定序（WGBS）测定，并观察到CG和CHG的甲基化在着丝粒区域比在染色体臂中更高。相反，CHH甲基化在着丝点周围区域低于野生型花药染色体臂。此外，我们观察到所有10条染色体的mop1突变体的CG和CHG甲基化轻微下降，但CHH甲基化明显下降。另外，为了研究另外一个转录后沉默途径----PTGS也被研究人员进行类相似的研究，发现PTGS途径中的重要基因lbl1突变对减数分裂重组没有全局性的影响。

总的来说，我们对影响玉米mop1和lbl1的两个典型突变体的重组频率进行了研究。我们证明，mop1突变体对CHH甲基化的去除导致重组向染色体远端区域重新分配，远离着丝粒包膜区域。尽管mop1突变体对DNA甲基化水平有相对微妙的影响，但是观察到了对重组频率的重要影响，提示RdDM在玉米减数分裂重组中的重要作用。值得注意的是，CHH的丢失可能引起基因附近上游和下游区域CHG甲基化的进一步丢失，这也可能导致mop1突变体重组频率的变化。另外我们发现一些基因中有许多在依赖mop1的侧翼区域隐藏有CHH岛，这表明，这些区域的基因在RdDM在提供基因和相邻TE之间的边界方面所起的作用并没有根本的不同。