转录因子指导植物生殖组织DNA甲基化模式的新机制

本刊推荐：为揭示植物生殖组织中组织特异性DNA甲基化模式的形成机制，Law团队发现REPRODUCTIVE MERISTEM (REM)转录因子家族成员（命名为RIMs）通过识别特定DNA基序，指导CLASSY3(CLSY3)介导的RNA-directed DNA methylation (RdDM)途径，在花药和胚珠中分别调控HyperTE和siren位点的甲基化。该研究突破了表观遗传调控仅依赖染色质特征的经典认知，首次建立了遗传信息直接指导DNA甲基化的新范式。

在表观遗传学领域，DNA甲基化作为重要的基因表达调控机制，其模式维持的分子机制已被广泛研究，然而新甲基化模式如何在发育过程中特异性生成仍是未解之谜。传统观点认为植物DNA甲基化模式主要受染色质特征（如组蛋白修饰）调控，而非DNA序列特征。但在拟南芥生殖组织中，CLSY3调控的位点（如花药特异性HyperTE和胚珠特异性siren位点）呈现独特的甲基化模式，且不依赖典型的H3K9甲基化等染色质修饰环路，暗示存在新的调控机制。

为揭示CLSY3组织特异性靶向的分子基础，Julie A. Law团队通过正向遗传学筛选和反向遗传学方法，发现一类REPRODUCTIVE MERISTEM (REM)转录因子（命名为RIMs）是关键调控因子。研究表明RIMs通过其B3DNA结合结构域识别特定DNA基序，直接招募CLSY3-Pol-IV复合物至靶位点，启动siRNA生成和DNA甲基化。该研究发表于《Nature Cell Biology》，首次建立了遗传信息直接指导植物DNA甲基化的新模式。

研究人员主要采用以下关键技术：甲基化敏感性限制酶切-PCR筛选体系用于突变体鉴定；小RNA测序(smRNA-seq)和甲基化测序(MethylC-seq)分析siRNA和DNA甲基化图谱；染色质免疫沉淀测序(ChIP-seq)验证转录因子结合位点；CRISPR-Cas9基因编辑构建多基因缺失突变体；转录因子结合 motif 分析等。

RIM22特异性调控CLSY3依赖位点的RdDM

通过花器官甲基化筛选，研究者发现RIM22主要影响花药中HyperTE位点的甲基化。smRNA-seq显示rim22突变体中502个siRNA簇表达下调，其中78-86%与clsy3依赖位点重叠。值得注意的是，RIM22对约85%的HyperTE位点有调控作用，但对siren位点影响甚微，体现了其在雄性生殖组织中的特异性功能。

RIM16和RIM-CR分别调控花药和胚珠的特异性位点

反向遗传学研究表明，RIM16主要调控花药中HyperTE位点，而RIM-CR（包含RIM11、RIM12、RIM46） triple突变体特异性影响胚珠中siren位点的甲基化。组织特异性smRNA-seq证实了这些RIMs在相应生殖组织中的主导作用，其中rim16和rim22突变体使花药中siRNA总量分别减少21%和42%，而rim-cr突变体使胚珠中siren来源siRNA减少27%。

RIM TFs通过DNA基序连接表观遗传靶向

机制研究表明，RIM12通过识别CLSY3 motif直接结合siren位点，而破坏该motif或突变RIM22的B3DNA结合域均能阻断RdDM。特别重要的是，在花药中异位表达RIM12可成功启动胚珠特异性siren位点的siRNA生产，证明RIM12既是必要条件也是充分条件。

讨论与意义

该研究突破了"植物DNA甲基化仅受染色质特征调控"的传统范式，揭示了转录因子通过识别DNA序列基序直接指导组织特异性甲基化模式的新机制。与哺乳动物中KRAB-ZFP转录因子通过识别序列 motif 靶向异染色质形成的机制类似，植物RIMs代表了一种趋同进化解决方案，但通过招募植物特有的RdDM machinery实现功能。

研究还发现RIMs在维持RdDM稳态中发挥重要作用，其缺失会导致着丝粒周围异染色质区域siRNA异常积累，这一现象依赖CLSY3功能。这表明RIMs不仅促进特异性位点的甲基化，还抑制非特异性位点的异常沉默。

这项研究为理解植物生殖发育过程中表观基因组重编程提供了新视角，揭示了遗传信息与表观遗传信息协同调控的新层次。由于RIM同源物广泛存在于植物界，该机制可能在作物杂种优势、基因组印记等农艺性状调控中具有普遍意义，为作物表观遗传育种提供了新靶点。