在神奇的植物世界里，许多植物有着令人惊叹的能力，它们的体细胞无需受精就能发育成胚胎，这种现象被称为体细胞胚胎发生。这一过程对于（杂交）作物的无性繁殖以及农业育种中去除病毒和类病毒至关重要，有着巨大的经济价值。然而，就像隐藏在迷雾中的秘密，其背后的分子机制却一直未被完全揭示。尤其是 DNA 甲基化与激活全能性调节基因之间的联系，更是充满了未知。在这样的背景下，山东农业大学的研究人员踏上了探索之旅，试图揭开这层面纱。
研究人员将目光聚焦在一个关键的转录因子 ——LEAFY COTYLEDON2（LEC2）上。他们深入研究后发现，在拟南芥中过表达 LEC2 诱导体细胞胚胎发生时，会出现一系列奇妙的变化。LEC2 激活 RNA 指导的 DNA 甲基化（RdDM）通路，使得 CHH 超甲基化得以沉积 。随后，由 SU (VAR) 3 - 9 HOMOLOGS（SUVH）及其伴侣 SUVH - INTERACTING DNAJ DOMAIN - CONTAINING PROTEIN（SDJ）组成的阅读器复合物，会与 CHH 超甲基化区域结合，并招募 AT - HOOK MOTIF CONTAINING NUCLEAR LOCALIZED（AHL）染色质修饰蛋白，从而增加染色质的可及性，最终实现全能性调节基因的转录激活。
这项研究成果意义重大，它发表在《Nature Communications》上。该研究揭示了表观遗传修饰介导体细胞重编程的分子框架，为增强农业再生生物学中的体细胞胚胎发生提供了新的途径。这就像是为农业发展找到了一把新的钥匙，有望开启新的篇章，推动相关领域的进一步发展。
为了开展这项研究，研究人员运用了多种关键技术方法。首先是 RNA 测序（RNA - seq）技术，通过对不同时间点的样本进行检测，分析基因表达的差异；其次是全基因组亚硫酸氢盐测序（WGBS）技术，用于研究 DNA 甲基化水平的变化；染色质免疫沉淀后 qPCR 分析（ChIP - qPCR）技术也发挥了重要作用，帮助确定蛋白与 DNA 的结合情况；此外，还有 ATAC 测序（ATAC - seq）技术，用以探究染色质的可及性。
研究结果主要通过以下几个方面展开：
- LEC2 过表达诱导 DRM2/RdDM 通路：研究人员通过 RNA - seq 分析发现，LEC2 诱导的体细胞胚胎发生过程中，参与 DNA 甲基化通路的基因上调，其中 DRM2 是关键。进一步研究表明，LEC2 可直接激活 DRM2 转录，且 DRM2/RdDM 通路是 LEC2 诱导体细胞胚胎发生的必要下游组件。
- DRM2/RdDM 增强全能性调节基因表达：利用 WGBS 技术发现，pER8 - LEC2 诱导 96 小时后，CHH 甲基化水平增加，且 CHH 超甲基化与全能性调节基因的上调相关。
- SUVH - SDJ 阅读器复合物对体细胞胚胎发生至关重要：RNA - seq 分析显示，编码 CHH 甲基化阅读器复合物 SUVH - SDJ 组件的基因在体细胞胚胎发生过程中上调。研究发现，LEC2 直接激活 SUVH1 转录，且 SUVH - SDJ 复合物与 CHH 超甲基化区域结合，可上调全能性调节基因的表达。
- SUVH - SDJ 复合物作为 LEC2 的共激活因子：研究发现 LEC2 与 SUVH - SDJ 复合物中的 SUVH1/3 组件存在物理相互作用，且 SUVH1 可增强 LEC2 与靶基因的结合，SUVH1 - SDJ1 复合物在激活全能性调节基因过程中作为 LEC2 的共激活因子发挥作用。
- SUVH - SDJ 复合物招募 AHLs 增加染色质可及性：通过 ATAC - seq 分析发现，SUVH1/3 是 LEC2 诱导全能性调节基因染色质开放所必需的。研究还表明，AHL15 在 LEC2 诱导的体细胞胚胎发生中起主要作用，SUVH - SDJ - AHL 复合物可增加 H3K9ac 和 H3K14ac 水平以及染色质可及性，增强全能性调节基因的激活。
研究结论和讨论部分指出，LEC2 诱导的 CHH 超甲基化对上调全能性调节基因、促进体细胞胚胎发生至关重要。这一过程中，转录因子和表观遗传因子协同调节细胞命运转变，精确调控染色质解聚以及关键全能性调节转录因子与基因启动子的结合。此外，研究发现 CHH 超甲基化可能是胚胎发生的一个标志，在多种植物的胚胎发生过程中都有出现。该研究还将染色质动力学纳入了控制全能性调节转录因子转录输出的调控网络，为理解植物细胞重编程提供了更深入的视角。并且，研究人员推测，表观遗传修饰在植物再生过程中可能发挥着重要作用，这与动物细胞重编程中表观遗传修饰的作用具有一定的相似性，为跨物种研究提供了新的思路 。总之，这项研究为植物发育生物学和农业再生领域带来了新的曙光，具有深远的意义。
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