【正文】 9。這與轉(zhuǎn)座子中的甲基化效應(yīng)不同，這些基因編碼區(qū)的甲基化并沒(méi)有引起轉(zhuǎn)錄沉默，因?yàn)檫@些基因在許多組織里都是中等表達(dá)水平的(Zhang等, 2006。最初在擬南芥中的研究認(rèn)為編碼區(qū)的甲基化可能起到阻止基因內(nèi)部某種神秘啟動(dòng)子轉(zhuǎn)錄反義轉(zhuǎn)錄本的作用(Tran等, 2005。基因組水平上的分布特征表明H3K9甲基化和DNA甲基化之間高度關(guān)聯(lián)(Bernatavichute等, 2008)。DNA甲基化和組蛋白甲基化之間的關(guān)聯(lián)也反映在CMT3和KYP蛋白的多個(gè)結(jié)構(gòu)域上。非對(duì)稱(chēng)性CHH位點(diǎn)甲基化的維持主要依賴于DRM2和RdDM。被動(dòng)方式是指在維持型DNA甲基化機(jī)制喪失時(shí)，細(xì)胞分裂和DNA復(fù)制導(dǎo)致的DNA甲基化“被稀釋”。擬南芥中發(fā)現(xiàn)的DNA糖基化酶包括DME（DEMETER）(Choi等, 2002)、ROS1（REPRESSOR OF SILENCING 1）(Gong等, 2002)、DML2（DEMETERLIKE 2）和DML3（DEMETERLIKE 3）(Penterman等, 2007。通常DNA糖基化酶在BER中能識(shí)別和移除突變的殘基，包括氧化和烷基化的堿基，以及由甲基化的胞嘧啶脫氨基造成的T/G錯(cuò)配堿基(Baute等, 2008)。盡管DME和ROS1擁有類(lèi)似的亞基，但它們起不同的生物學(xué)功能。 Zhu等, 2007)。 Hsieh等, 2009)。ros1 dml2 dml3三突變體與野生型相比，盡管整個(gè)基因組水平上的甲基化水平相似，但發(fā)現(xiàn)179個(gè)位點(diǎn)甲基化水平降低。在這些邊界位置，糖基化酶可能通過(guò)去甲基化作用而保護(hù)基因免于被RdDM途徑沉默。（B）DME選擇性的在胚乳中表達(dá)，負(fù)責(zé)整體水平上的去甲基化和基因印記Fig. 12 Active DNA demethylation and its function in plants (He et al., 2011). (A) ROS1 was discovered by screening for repressor of silencing in Arabidopsis plants expressing the RD29A promoterdriven luciferase reporter gene. ROS1 prevents transgene silencing that is caused by RdDM. ROS1 also functions to prevent overmethylation and alleviate the silencing of some endogenous genes. (B) DME is preferentially expressed in endosperms, and is responsible for genomewide DNA demethylation and gene imprinting DNA被動(dòng)去甲基化在中央細(xì)胞中，被動(dòng)去甲基化可能是導(dǎo)致胚乳整體水平上甲基化減少的原因。 Kimura等, 2003。被動(dòng)去甲基化和主動(dòng)去甲基化可能是相互協(xié)調(diào)起作用的，另外一些觀察結(jié)果也符合這一假設(shè)。DME不能從脫堿基位點(diǎn)移除甲基化的胞嘧啶，同樣可以較少DSBs的產(chǎn)生(Gehring等, 2006)。其中H2A、H2B、H3和H4各兩個(gè)分子組成組蛋白八聚體，146bp的DNA分子纏繞八聚體形成核小體的核心顆粒。N端氨基末端發(fā)生的多種共價(jià)修飾包括磷酸化、乙?；⒓谆?、泛素化及ADP糖基化等（圖13）。哺乳動(dòng)物和酵母中組蛋白H4第20位的賴氨酸（H4K20）受甲基化修飾，而在擬南芥中盡管利用免疫共沉淀的方法曾發(fā)現(xiàn)該位點(diǎn)存在單甲基化修飾，但主要是受乙酰化修飾(Naumann等, 2005)。因此，擬南芥和水稻組蛋白賴氨酸殘基甲基化修飾模式與哺乳動(dòng)物存在差異，這可能是由于它們之間基因組結(jié)構(gòu)的不同造成的?；谂c動(dòng)物和酵母中SET結(jié)構(gòu)域蛋白的同源性、SET結(jié)構(gòu)域特征、半胱氨酸富集區(qū)以及其它保守結(jié)構(gòu)域，植物中的SET結(jié)構(gòu)域蛋白分為四類(lèi)。盡管目前為止這些酶類(lèi)的催化活性和特異性并沒(méi)有完全研究清楚，但是有遺傳學(xué)證據(jù)表明它們可能作用于相同的氨基酸殘基，或者與動(dòng)物和酵母中的同源蛋白作用類(lèi)似。在哺乳動(dòng)物中，PRMT1和PRMT5是主要的催化H4R3單甲基化和非對(duì)稱(chēng)性或?qū)ΨQ(chēng)性二甲基化的type I和type II類(lèi)型甲基轉(zhuǎn)移酶。AtPRMT4a和AtPRMT4b存在功能冗余，只有atprmt4a atprmt4b雙突變體才表現(xiàn)出FLC(Flowering locus c)依賴的晚花表型(Niu等, 2008)。有意思的是，盡管AtPRMT4a、AtPRMTAtPRMT5/SKB1以及AtPRMT10各自具有不同的催化特異性，但它們都涉及到開(kāi)花時(shí)間的調(diào)控。 Schmitz等, 2008)。因此，組蛋白乙?；L(zhǎng)期以來(lái)被認(rèn)為與轉(zhuǎn)錄激活以及其它細(xì)胞過(guò)程如DNA復(fù)制、重組和修復(fù)相關(guān)(Lee等, 2007)。HATs分為四類(lèi)：GNAT、MYST、CBP/p300以及TAF1/TAFII擬南芥MYST家族的HAM1和HAM2蛋白在體外特異性的對(duì)H4K5具有HAT活性(Earley等, 2007)。4個(gè)擬南芥RPD3類(lèi)HDACs中，AtHD1在體外具有去乙?；富钚裕谋磉_(dá)下調(diào)會(huì)導(dǎo)致H3和H4乙?；娘@著增加，上調(diào)則會(huì)使乙?；瘻p少(Fong等, 2006)。組蛋白乙?；膭?dòng)態(tài)平衡取決于HATs和組蛋白去乙?；?HDACs)的相互拮抗。AtGCN5涉及到植物許多發(fā)育過(guò)程，并能響應(yīng)各種環(huán)境條件。 Zhang等, 2007)。一種可能的解釋是AtPRMT1a、AtPRMT1b與其它AtPRMT家族成員存在功能冗余。除了晚花表型，atprmt5突變體還表現(xiàn)出另外多種表型，包括生長(zhǎng)阻滯和葉片暗綠并卷曲，表明AtPRMT5/SKB1在發(fā)育過(guò)程中起重要作用(Pei等, 2007。 Wang等, 2007。prmt1敲除小鼠的胚胎在植入子宮內(nèi)膜后死亡，而PRMT4無(wú)義突變的小鼠在出生后也死亡，表明PRMT1與PRMT4在發(fā)育中起重要作用(Bedford等, 2009)。PRMTs分為四類(lèi)，其中type I和type II兩種類(lèi)型的PRMTs最為重要也研究的最多(Bedford等, 2005)。 Springer等, 2003。一般來(lái)講，H3K9和H3K27甲基化與轉(zhuǎn)錄沉默相關(guān)，而H3K4和H3K36甲基化與轉(zhuǎn)錄激活相關(guān)(Berger, 2007)。另外，擬南芥和水稻中的H3K4二甲基化（H3K4me2）水平要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于小鼠和人的水平，而H3K9me2和H3K9me3的水平要遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于小鼠和人的水平(Jackson等, 2004。圖13 核小體的組蛋白尾部修飾（Turner等,2002）Fig. 13 The modifications of Nterminal of histones in nucleosome 組蛋白賴氨酸甲基化擬南芥組蛋白賴氨酸甲基化主要發(fā)生在組蛋白H3的N端第4位，第9位，第27位和第36位的賴氨酸（H3K4，H3K9，H3K27和H3K36）。組蛋白的核心是由一個(gè)球型的結(jié)構(gòu)域和暴露在核小體表面的N端尾區(qū)域組成的。 組蛋白修飾染色質(zhì)是真核生物基因表達(dá)與調(diào)控的物質(zhì)基礎(chǔ)。 MoralesRuiz等, 2006)。 McCabe等, 2006)。值得注意的是MSI1和RBR1也是印記基因FIS2和FWA選擇性母本表達(dá)所必需的(Jullien等, 2008)，這表明MET1下調(diào)引起的被動(dòng)去甲基化和DME控制的主動(dòng)去甲基化共同調(diào)控印記基因的激活。（A）ROS1是在篩選RD29A啟動(dòng)子驅(qū)動(dòng)熒光素酶轉(zhuǎn)基因沉默抑制突變體中得到的。 Penterman等, 2007)。與DME不同，ROSDML2和DML3在營(yíng)養(yǎng)器官中表達(dá)。目前發(fā)現(xiàn)DME僅僅激活三個(gè)母本基因：MEA（MEDEA），F(xiàn)WA（FLOWERING WAGENINGEN）和FIS2（FERTILIZATION INDIPENDENT SEED 2）,而在動(dòng)物中已發(fā)現(xiàn)大約80個(gè)印記基因。 Penterman等, 2007。在動(dòng)物中，產(chǎn)生的單個(gè)核苷酸缺口被DNA聚合酶和連接酶通過(guò)BER途徑修復(fù)。這些糖基化酶在體外和體內(nèi)能夠識(shí)別和移除甲基化的雙鏈寡核苷酸，并且這種功能沒(méi)有甲基化位點(diǎn)的特異性(Agius等, 2006。植物中的主動(dòng)去甲基化是由DNA糖基化酶通過(guò)堿基切除修復(fù)機(jī)制（Base excision repair，BER）來(lái)完成的(Ikeda等, 2009。 DNA主動(dòng)去甲基化盡管DNA甲基化是一種穩(wěn)定的表觀遺傳標(biāo)記，但在植物或動(dòng)物的發(fā)育過(guò)程中仍然會(huì)發(fā)現(xiàn)甲基化水平降低的情況，即DNA去甲基化。而CMT3蛋白含有一個(gè)能夠結(jié)合甲基化的組蛋白H3尾的染色質(zhì)域（Chromatin domain），這表明CMT3能夠結(jié)合甲基化的組蛋白(Lindroth等, 2004)。 Malagnac等, 2002。因此，編碼區(qū)DNA甲基化的功能還有待進(jìn)一步確定。然而，一些編碼區(qū)含有甲基化的基因在MET1突變體中表達(dá)上調(diào)(Zilberman等, 2007)，并且極端高表達(dá)和極端低表達(dá)的基因在編碼區(qū)往往缺失甲基化，這表明轉(zhuǎn)錄水平和編碼區(qū)甲基化具有某種關(guān)聯(lián)。Pol IV和Pol V可能起源于其它RNA聚合酶并特異性的在RdDM或TGS中起作用。 He等, 2009)。NRPD/ENRPD/ENRPE5以及最大的亞基NRPD1/E1的功能已經(jīng)通過(guò)遺傳和生物化學(xué)的手段得以證實(shí)(Herr等, 2005。RDM1能夠結(jié)合單鏈甲基化的DNA，可能在促進(jìn)RdDM效應(yīng)復(fù)合體與甲基化序列的結(jié)合中起作用(Gao等, 2010)。 Wierzbicki等, 2008。KTF1(KOW domaincontaining transcription factor 1)蛋白通過(guò)與非編碼RNA結(jié)合從而與AGO4互作(He等, 2009。除了siRNA外，RdDM還需要Pol V來(lái)合成非編碼RNA(Wierzbicki等, 2008)。 Ream等, 2009)。 Pontier等, 2005。 Law等, 2010)。RNA介導(dǎo)的DNA甲基化（RNAdirected DNA methylation, RdDM）在植物中是非常保守的，這種機(jī)制在轉(zhuǎn)類(lèi)病毒基因的馬鈴薯中第一次被發(fā)現(xiàn)(Wassenegger等, 1994)。擬南芥基因組中DNA甲基化主要集中在著絲粒和其它重復(fù)序列(Zhang等, 2006。而植物中的DNA甲基化可以發(fā)生在所有類(lèi)型的胞嘧啶上，包括對(duì)稱(chēng)性的CG和CHG以及非對(duì)稱(chēng)性的CHH（H代表A，T，或C）(Henderson等, 2007)。其中DNA甲基化和組蛋白修飾在表觀遺傳學(xué)研究中起主導(dǎo)作用。2010年Science上發(fā)表的表觀遺傳學(xué)專(zhuān)題認(rèn)為表觀遺傳應(yīng)符合三個(gè)特征：可遺傳、能自我復(fù)制和可逆(Riddihough等, 2010)。突變體中SLR1蛋白的降解受阻而積累，并且影響了SLR1與赤霉素受體GID1的互作(Asano等, 2009)。(程燦等, 2006。目前發(fā)現(xiàn)的矮稈性狀多為隱性基因控制，而由顯性基因控制的矮稈或半矮稈性狀僅有少量報(bào)道（表11）。 水稻顯性矮稈突變體的研究進(jìn)展雜種優(yōu)勢(shì)的利用是增加水稻生物學(xué)產(chǎn)量的有效途徑之一,特別是秈粳亞種間雜種優(yōu)勢(shì)的利用可以大幅度提高產(chǎn)量(袁隆平, 2008)。張等（2009）在水稻TDNA插入突變體中發(fā)現(xiàn)一個(gè)葉傾角增大突變體ili1D(increased lamina joint inclination)，該表型與過(guò)量施加BR后的表型類(lèi)似。Tanaka等（2009）發(fā)現(xiàn)過(guò)表達(dá)BU1(BRASSINOSTEROID UPREGULATED1)基因能使水稻葉傾角變大、籽粒變大和增加對(duì)BR抑制劑油菜素唑（Brassinazole，Brz）的抗性。Bai等（2007）依據(jù)序列比對(duì)發(fā)現(xiàn)擬南芥BZR1(Brassinazole resistant1)在水稻中含有4個(gè)同源蛋白，其中OsBZR1與BZR1同源性最高。Tos17插入突變體oscpd11并未表現(xiàn)出BR缺陷型表型，作者推測(cè)它們之間存在功能冗余。OsDWARF4與D11存在功能冗余，共同作用于C22羥基化反應(yīng)。d11(dwarf11)表現(xiàn)出矮化和種子變短突變表型，施加外源BR能恢復(fù)野生型表型，證明D11在BR合成途徑中起作用。BRD1編碼一個(gè)BR C6氧化酶（OsBR6ox），突變后導(dǎo)致有生物活性的BR如油菜素甾酮（Castasterone）、香蒲甾醇（Typhasterol）以及茶甾酮（Teasterone）減少，從而導(dǎo)致矮化等表型(Hong等, 2002)。 Bishop等, 2001。除此之外，赤霉素信號(hào)傳導(dǎo)途徑的其它組分和DELLA蛋白的其它功能還未知。GID2是赤霉素響應(yīng)的正調(diào)控因子，它能在赤霉素存在的情況下結(jié)合SLR1，從而引導(dǎo)其通過(guò)SCFGID2蛋白酶體途徑降解(Gomi等, 2004)。小麥和玉米中的GAI同源基因分別是Rht和D8，在上世紀(jì)60年代進(jìn)行的矮化育種中對(duì)提高產(chǎn)量起了重要作用，與sd1同時(shí)被稱(chēng)為“綠色革命基因”(Peng等, 1999)。水稻中最早發(fā)現(xiàn)的赤霉素不敏感突變體是dwarf1，表現(xiàn)矮化、葉寬且深綠、花序緊湊和小粒等表型。通過(guò)比較發(fā)現(xiàn)與擬南芥中單個(gè)的赤霉素合成酶基因不同，水稻中的柯巴基焦磷酸合成酶（entcopalyl diphosphate synthase，CPS）基因，貝殼杉烯合成酶（entkaurene synthase，KS）基因以及貝殼杉烯氧化酶（entkaurene oxidase，KO）基因分別存在多個(gè)同源基因，并且這些同源基因都分布在連續(xù)的某個(gè)區(qū)域。上世紀(jì)50年代日本育種人員利用半矮稈品種TanGinbozu育成的水稻新品種大幅提高了產(chǎn)量。研究表明GA20ox1與sd1的表型無(wú)關(guān)，但它在未開(kāi)放的花中表達(dá)，因此在GA20ox2突變的情況下可以維持赤霉素在花中的濃度，使水稻的育性不受影響。 Sasaki等, 2002。它能調(diào)節(jié)植物生長(zhǎng)發(fā)育的許多過(guò)程，例如種子萌發(fā)、節(jié)間伸長(zhǎng)、葉片伸展、開(kāi)花以及果實(shí)發(fā)育等(Olszewski等, 2002)。目前有關(guān)植物激素對(duì)株高影響研究最多的是赤霉素（GA）