背景

越来越多的RNA和DNA修饰被发现，并不断补充着植物表观遗传景观图谱，每种修饰都有它们特定的分布模式和功能。

科研工作者们也在不断发现新的修饰，使表观遗传的研究更为丰富多样。

就在今年，我国的研究人员发表了一项激动人心的研究，探索了模式植物拟南芥基因组中N4-乙酰脱氧胞嘧啶（4acC）DNA修饰的存在和功能。

同时，我们也会给各位科研工作者推荐一种简便的方法，使检测植物中的DNA修饰变得更加简单！

 

N4乙酰脱氧胞嘧啶——一种新的DNA修饰在模式植物中萌芽

2022年1月3日，南京农业大学吴玉峰教授领导的团队在Genome Biology在线发表了题为“N4-acetyldeoxycytosine DNA modification marks euchromatin regions in Arabidopsis thaliana“的论文。

通过以往的研究，人们发现核酸修饰往往成对出现——在RNA中出现的修饰（如5-甲基胞嘧啶[m5C]、5-羟甲基胞嘧啶[hm5C]和N6-甲基腺苷[m6A]），在基因组DNA中也会有类似的修饰模式（分别为5mC、5hmC和6mA）。

多个研究已经描述了RNA中存在N4-乙酰胞嘧啶（ac4C修饰），Arango等人发现人类转录组中ac4C水平的增加与mRNA的稳定性和翻译效率相关，Tardu等人采用UPLC-MS/MS技术测定酵母mRNA中的ac4C修饰，Sas-Chen等人证实rRNA和tRNA也携带有ac4C修饰。

但基因组DNA中N4-乙酰脱氧胞嘧啶（4acC）类似物的证据仍然很少，本文的第一作者王帅，谢海蓉和毛飞，与其同事评估了这种修饰在模式植物拟南芥的DNA中是否存在。

研究者们最初通过免疫印迹（使用识别mRNA中ac4C的抗体）和基于质谱的分析（UPLC-ESI-MS/MS）确认了4acC在拟南芥中的总体水平后，利用4acC -IP-seq揭示了4acC在基因组中的位置信息。

4acC主要存在于常染色质上，这表明4acC修饰具有区域特异性，在蛋白质编码基因的TSS周围高度富集（图一）。

 

 

图一：拟南芥中4acC的全基因组定位和分布

 

对这些数据的详细分析显示，在拟南芥中，约一半的表达蛋白编码基因中存在4acC，4acC通常出现在转录起始位点附近，并且高富集度与活性转录密切相关。

有趣的是，对与4acC相关的表达基因相关的GO进行分类，与未进行分类的基因相比，表明4acC修饰的表达基因可能比缺乏4acC的表达基因参与更多的生物功能。

进一步对4acC与其他修饰的潜在相互作用的分析表明，4acC和5mC占据不同的基因组区域，5mC水平的变化并不能直接影响4acC的分布。

然而，用4acC修饰的基因在基因体内的CG环境中显示有较高的5mC水平，而在CHG/CHH环境中（其中H是A、C或T）显示较低的5mC甲基化水平。

同时，4acC区域也倾向于与转录相关的组蛋白修饰共存，如H3K4me2/H3K4me3、H3K36me3、H3K9ac和H3K14ac。

虽然这些组蛋白修饰在基因表达调控方面比单独的4acC发挥更为主导的作用，但当4acC修饰的基因缺乏组蛋白修饰标记或具有抑制性组蛋白修饰时，它们的表达水平高于非4acC修饰的基因。

虽然这表明在没有活性组蛋白修饰的情况下4acC发挥了积极作用，但15%的4acC峰也与抑制性H3K27me3修饰重叠，其水平显著高于偶然发生的重叠百分比。

这些发现表明4acC、5mC和组蛋白修饰以复杂的方式协同调节基因表达。

该研究还发现4acC与DNase I超敏位点和多种转录因子的结合位点存在显著重叠。

作者猜测4acC的存在促进转录因子结合以支持基因表达的紧密调节。

最后，作者的研究超越了模式植物拟南芥，通过质谱的分析，也发现了水稻和玉米基因组DNA中的4acC存在的证据。

重要的是，研究小组还注意到小鼠和人类基因组DNA中也存在4acC，这些结果表明4acC在不同物种中的分布和功能可能具有相似之处。

虽然这些发现揭示了4acC修饰的分布和作用，但作者也指出需要继续这项研究，以确定4acC的Writer、Eraser和Reader，并进一步探索4acC在基因表达调控中的复杂作用以及与其他表观遗传修饰的相互关系。

在N4-乙酰脱氧胞嘧啶之后，还有多少DNA修饰会在模式植物中“发芽“，并为植物表观遗传景观的绘制做出贡献呢？

 

检测植物中修饰胞嘧啶的方法

如果说DNA修饰的让你有热情去推进表观遗传学研究，那么来自挪威生物经济研究所（Ås，挪威）的Marcos Viejo、Igor A.Yakovlev和Carl Gunnar Fosdal已为大家提供了一个标准化方案（https://link.springer.com/protocol/10.1007/978-1-0716-0876-0_17），将帮助表观遗传学研究员检测植物组织中的各种胞嘧啶修饰。

这三位才华横溢的专家为植物组织中胞嘧啶修饰的免疫定位提供了详细的分步方案，并提供了许多问题的解决策略，有助于克服最常见的问题。

他们采用酶结合二级抗体的方法在裸子植物挪威云杉的芽切片中检测极低水平的氧化5mC形式。

他们的方法不仅能够检测到高度丰富的5mC修饰，也能检测到极低水平的5-羟甲基胞嘧啶（5hmC）、5-甲酰基胞嘧啶（5-fC）和5-羧基胞嘧啶（5caC）及其在细胞核内的不均匀分布。

该方法包括休眠芽固定和切片的每个步骤，然后是5mC及其氧化形式的免疫定位（渗透、抗原提取、免疫检测、中和染色和贴装）和成像。

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