2013年3月23日,，北京生命科學研究所何新建實驗室在《The EMBO Journal》雜志在線發(fā)表題為“The splicing machinery promotes RNA-directed DNA methylation and transcriptional silencing in Arabidopsis”的論文。該論文報道了模式植物擬南芥中負責mRNA前體剪接的蛋白參與了RNA介導的DNA甲基化（RdDM）和轉(zhuǎn)錄水平的基因沉默,。
DNA甲基化是一種重要的染色質(zhì)修飾方式,，它有助于維持基因組的穩(wěn)定,，使基因組中的可轉(zhuǎn)座元件處于抑制的狀態(tài),，它還可以參與基因表達的調(diào)控,。在模式植物擬南芥中，DNA甲基化的建立主要依賴RNA介導的DNA甲基化途徑,，但是研究者對其具體作用機制還了解甚少,。該研究利用篩選DNA去甲基化酶基因突變體的抑制子，發(fā)現(xiàn)了一個基因的突變,。該基因的編碼蛋白包含鋅指結(jié)構(gòu)區(qū)域和保守的八次重復區(qū)域，是一個尚未研究的植物特異蛋白,，被命名為ZOP1,。該研究表明，ZOP1參與了RNA介導的DNA甲基化途徑,。在zop1突變體中,，不僅RdDM途徑中的RNA聚合酶IV產(chǎn)生的一些小RNA的累積水平受到了影響，而且基因組上很多RdDM靶向位點的DNA甲基化和轉(zhuǎn)錄水平的基因沉默也受到了受到了影響,。進一步研究發(fā)現(xiàn),，RdDM途徑中的典型組分的突變（nrpd1、nrpe1或ago4）與zop1突變在某些基因組位點對基因沉默的影響有加性效應(yīng),，這表明ZOP1對基因沉默的作用并不完全依賴RdDM途徑,，它還可以通過不依賴RdDM的途徑對基因沉默產(chǎn)生作用。
該研究發(fā)現(xiàn)，在zop1突變體中,，數(shù)百個基因的mRNA前體的正常剪接受到了影響,，而且ZOP1蛋白可以和很多典型的負責剪接的蛋白相互作用，是一個負責mRNA前體剪接的剪接因子,。免疫熒光定位結(jié)果表明,，ZOP1與負責snRNPs組裝的細胞核中的Cajal body 有共定位，這進一步證明ZOP1是一個mRNA前體的剪接因子,。以前的研究表明,，RdDM途徑中的重要蛋白AGO4、RDR2和DCL3也與Cajal body有共定位,，這揭示ZOP1在Cajal body的定位與它在RdDM途徑中的功能是相關(guān)的,。在Cajal body以外，ZOP1還可以與RdDM中的重要組分NRPE1和DRM2部分共定位,。這些結(jié)果有助于揭示ZOP1在RdDM途徑中的具體作用機制,。作者進一步利用多個其它剪接相關(guān)的突變體進行研究，結(jié)果表明,，在這些突變體中,，RdDM和轉(zhuǎn)錄水平的基因沉默都收到了影響。這些研究結(jié)果表明,，植物體中的mRNA前體剪接機器在RNA介導DNA甲基化和轉(zhuǎn)錄水平的基因沉默過程中發(fā)揮了重要作用,，有助于揭示真核生物中mRNA前體剪接機器參與染色質(zhì)修飾的機制。
北京生命科學研究所何新建實驗室的博士后張翠軍,、劉軍和實驗員周進興是論文的共同第一作者,。何新建博士是該論文的通訊作者。其他參與該研究的人員還包括何新建實驗室的馬澤陽,、張素維,、竇坤，核酸測序中心的蔡濤博士和黃煥偉,，美國加州大學河濱分校的劉仁義博士,，以及中科院上海生命科學研究所逆境生物學研究中心和美國普渡大學的朱健康博士。該研究在北京生命科學研究所完成,，得到科技部和北京市政府的資助,。(生物谷Bioon.com)
doi:10.1038/emboj.2013.49
The splicing machinery promotes RNA-directed DNA methylation and transcriptional silencing in Arabidopsis
Cui-Jun Zhang, Jin-Xing Zhou, Jun Liu, Ze-Yang Ma, Su-Wei Zhang, Kun Dou, Huan-Wei Huang, Tao Cai, Renyi Liu, Jian-Kang Zhu and Xin-Jian He
DNA methylation in transposons and other DNA repeats is conserved in plants as well as in animals. In Arabidopsis thaliana, an RNA-directed DNA methylation (RdDM) pathway directs de novo DNA methylation. We performed a forward genetic screen for suppressors of the DNA demethylase mutant ros1 and identified a novel Zinc-finger and OCRE domain-containing Protein 1 (ZOP1) that promotes Pol IV-dependent siRNA accumulation, DNA methylation, and transcriptional silencing. Whole-genome methods disclosed the genome-wide effects of zop1 on Pol IV-dependent siRNA accumulation and DNA methylation, suggesting that ZOP1 has both RdDM-dependent and -independent roles in transcriptional silencing. We demonstrated that ZOP1 is a pre-mRNA splicing factor that associates with several typical components of the splicing machinery as well as with Pol II. Immunofluorescence assay revealed that ZOP1 overlaps with Cajal body and is partially colocalized with NRPE1 and DRM2. Moreover, we found that the other development-defective splicing mutants tested including mac3a3b, mos4, mos12 and mos14 show defects in RdDM and transcriptional silencing. We propose that the splicing machinery rather than specific splicing factors is involved in promoting RdDM and transcriptional silencing.
