表觀遺傳泰斗Martienssen，背靠背發表2篇文章，揭示表觀遺傳與減數分裂之間的關係

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iNature：2018年3月12日，Martienssen研究組及Henderson研究組合作在Genome Research雜誌背靠背發表2篇文章，題目分別為「Nucleosomes and DNA methylation shape meiotic DSB frequency in Arabidopsis thaliana transposons and gene regulatory regions」及「Epigenetic activation of meiotic recombination near Arabidopsis thaliana centromeres via loss of H3K9me2 and non-CG DNA methylation」的研究論文，這倆篇文章共同揭示了擬南芥基因和轉座子中染色質和減數分裂DSBs之間的複雜關係，對於植物基因組的多樣性和進化具有重要意義。

1.Epigenetic activation of meiotic recombination near Arabidopsis thaliana centromeres via loss of H3K9me2 and non-CG DNA methylation

真核著絲粒包含著動粒，它將染色體與紡錘體連接起來，允許分離。在減數分裂期間，著絲粒被抑制以進行同源間交換，因為這些區域中的重組可導致染色體錯誤分離和非整倍性。植物著絲粒被轉座子密集的pericentromeric異染色質包圍，通過組蛋白3賴氨酸9二甲基化（H3K9me2）進行表觀遺傳學沉默，以及CG和非CG序列背景下的DNA甲基化。然而，這些染色質修飾在控制周圍神經中的減數分裂重組中的作用尚未完全了解。

在這裡，Martienssen研究組及Henderson研究組合作顯示例如通過H3K9甲基轉移酶基因KYP / SUVH4 SUVH5 SUVH6或CHG DNA甲基轉移酶基因CMT3的突變破壞擬南芥H3K9me2和非CG DNA甲基化途徑，增加接近著絲粒的減數分裂重組。使用MLH1 foci 的免疫細胞學檢測和重組植物測序的基因分型，觀察到H3K9me2和非CG DNA甲基化途徑突變體明顯增加pericentromeric交叉過程。

另外，還通過SPO11-1-寡核苷酸的純化和測序顯示減數分裂DNA雙鏈斷裂（DSBs）在pericentromeres中的H3K9me2 /非CG突變體中增加。因此，H3K9me2和非CG DNA甲基化對減數分裂DSB和植物外周體異染色質交叉形成均產生抑制作用。

2.Nucleosomes and DNA methylation shape meiotic DSB frequency in Arabidopsis thaliana transposons and gene regulatory regions

減數分裂重組起始於由SPO11拓撲異構酶樣複合物產生的DNA雙鏈斷裂（DSB）。減數分裂DSB頻率沿真核染色體廣泛變化，熱點受染色質和DNA序列控制。為了在整個植物基因組中繪製減數分裂的DSB，Martienssen研究組及Henderson研究組純化並測序了擬南芥SPO11-1-寡核苷酸。

SPO11-1寡核苷酸在基因啟動子，終止子和內含子中升高，其由AT序列豐富性驅動，排除核小體並允許SPO11-1進入。 SPO11-1寡核苷酸與全基因組交叉之間觀察到正相關，儘管精細尺度的相關性較弱。這可能反映了interhomolog多態性對DSB形成下游的交叉形成的影響。

儘管H3K4me3在基因5"末端富含SPO11-1-寡核苷酸熱點附近，但H3K4me3水平與DSBs不相關。認為重複轉座子在減數分裂過程中被重組沉默，以防止非等位基因相互作用和基因組不穩定。出乎意料的是，在核小體耗盡的Helitron / Pogo / Tc1 / Mariner DNA轉座子中發現了高SPO11-1寡核苷酸水平，而逆轉錄轉座子是coldspots。

高SPO11-1寡核苷酸轉座子在基因調控區域內富集並且在基因附近富集，表明作為重組增強子的作用。由於轉座子在植物基因組中的流動性受到DNA甲基化的限制，Martienssen研究組及Henderson研究組使用met1 DNA甲基轉移酶突變體來研究異染色質在SPO11-1寡聚體分布中的作用。在met1突變體中發生附近著絲粒和轉座子的減數分裂DSBs的表觀激活，與核小體佔據減少，轉錄獲得和H3K4me3一致。總之，這些工作揭示了擬南芥基因和轉座子中染色質和減數分裂DSBs之間的複雜關係，對於植物基因組的多樣性和進化具有重要意義。

https://genome.cshlp.org/content/early/2018/03/09/gr.225599.117.abstract

https://genome.cshlp.org/content/early/2018/03/09/gr.227116.117.abstract

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