【正文】 )。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。然而胚乳中觀察到的基因組水平上CG甲基化的減少很大程度上依賴于DME，表明該糖基化酶是作為一個(gè)總的調(diào)控因子來控制DNA甲基化的(Gehring等, 2009。 Hsieh等, 2009)。通過比較胚和胚乳的DNA甲基化水平鑒別出一些DMRs（DNA demethylation regions,控制印記的DNA甲基化區(qū)域）,并確定了5個(gè)親本特異性表達(dá)的基因和大約40個(gè)可能的印記基因(Gehring等, 2009)，這表明植物和動(dòng)物可能擁有相同數(shù)目的印記基因。與DME不同，ROSDML2和DML3在營養(yǎng)器官中表達(dá)。通過比較rosdml2和dml3單突變體的基因組甲基化水平，證明這三個(gè)糖基化酶存在功能冗余(Penterman等, 2007)。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。這些位點(diǎn)主要位于轉(zhuǎn)座子、重復(fù)元件和siRNA產(chǎn)生的位點(diǎn)；大約80%的位點(diǎn)靠近或與基因重疊，并且這些與基因重疊的位點(diǎn)主要位于基因的5’或 3’端(Penterman等, 2007。 Penterman等, 2007)。這些研究表明ROSDML2和DML3不僅在正常沉默位點(diǎn)（例如轉(zhuǎn)座子）起作用，同時(shí)也在常染色質(zhì)和異染色質(zhì)的邊界起作用（例如靠近或位于異染色質(zhì)內(nèi)部的基因）。在這些邊界位置，糖基化酶可能通過去甲基化作用而保護(hù)基因免于被RdDM途徑沉默。圖12 植物中的DNA主動(dòng)去甲基化及其生物學(xué)功能(He等，2011)。（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。 ROS1能阻止由RdDM導(dǎo)致的轉(zhuǎn)基因沉默和防止內(nèi)源基因的過甲基化。（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。雌配子體發(fā)育過程中MET1表達(dá)水平下降，并且這種下降是由MSI1(Multicopy suppressor of ira1)和RBR1（Retinoblastomarelated 1）調(diào)控的(Jullien等, 2008)。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。在哺乳動(dòng)物中，DNMT1(DNA methyltransferase 1) 的表達(dá)受RB1(Retinoblastoma 1)和RBBP4(Retinoblastomabinding protein 4)的調(diào)控，而RB1和RBBP4是RBR1和MSI1的同源蛋白，說明哺乳動(dòng)物的被動(dòng)去甲基化機(jī)制和植物的被動(dòng)去甲基化機(jī)制類似(Nicolas等, 2001。 Kimura等, 2003。 McCabe等, 2005。 McCabe等, 2006)。盡管在動(dòng)物中還未發(fā)現(xiàn)這些蛋白對(duì)印記的直接影響，但觀察到的一些現(xiàn)象表明這些蛋白的功能是非常保守的(Jullien等, 2008)。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)。第一，DME在體外對(duì)半甲基化的DNA（這種半甲基化的DNA通常在MET1失活后大量積累）比對(duì)全甲基化的DNA更有活性(Gehring等, 2006。 MoralesRuiz等, 2006)。第二，半甲基化DNA的積累有利于減少有害的雙鏈缺口（Doublestrand breaks,DSBs）的產(chǎn)生。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)。最后，MET1的下調(diào)可以保證由DME產(chǎn)生的半甲基化位點(diǎn)不會(huì)被再次全甲基化。 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)。核小體是染色質(zhì)的基本結(jié)構(gòu)單位，主要由DNA和5種組蛋白分子組成，即HH2A、H2B、H3和H4。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。組蛋白H1結(jié)合在核小體之間的連接DNA上，使核小體串聯(lián)排列。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N端尾部的1538個(gè)氨基酸殘基是翻譯后修飾的主要位點(diǎn)，具有調(diào)節(jié)DNA的生物學(xué)功能。N端氨基末端發(fā)生的多種共價(jià)修飾包括磷酸化、乙?；?、甲基化、泛素化及ADP糖基化等（圖13）。這些修飾通過改變組蛋白DNA和組蛋白組蛋白的相互作用而引起染色質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能變化，影響基因表達(dá)，并且這種影響與氨基末端被修飾的位點(diǎn)和修飾的程度相關(guān)(Strahl等, 2000)。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）。這些修飾是由不同的組蛋白賴氨酸甲基轉(zhuǎn)移酶(HKMTs)催化的(Liu等, 2010)。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?；揎?Naumann等, 2005)。擬南芥中也沒有檢測(cè)到H3K79甲基化修飾和催化H3K79甲基化的DOT1組蛋白修飾酶的同源蛋白，而在哺乳動(dòng)物和酵母中的DOT1用來催化H3K79甲基化以保持端粒的沉默狀態(tài)(Zhang等, 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。 Guo等, 2006)。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。組蛋白賴氨酸甲基化是一種非常重要也是非常復(fù)雜的表觀遺傳修飾，不同位點(diǎn)的修飾和修飾的程度分別與轉(zhuǎn)錄激活或沉默相關(guān)。一般來講，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)。SET結(jié)構(gòu)域蛋白負(fù)責(zé)賴氨酸殘基的催化，擬南芥和水稻中各自含有41和37個(gè)SET結(jié)構(gòu)域蛋白(Gendler等, 2008)?；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。第一類是SU(VAR)39類，包括SU(VAR)39同源蛋白SUVH以及相關(guān)蛋白SUVR；第二類是E(z)（enhancer of zeste）同源蛋白；第三類是TRX(trithorax)類，包括TRX同源蛋白和相關(guān)蛋白；第四類是ASH1（absent,small,or homeotic discs 1）類，包括ASH1同源蛋白ASHH和相關(guān)蛋白ASHR(Baumbusch等, 2001。 Springer等, 2003。 Zhao等, 2004)。盡管目前為止這些酶類的催化活性和特異性并沒有完全研究清楚，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似。 組蛋白精氨酸甲基化組蛋白精氨酸甲基化主要發(fā)生在H3的第2位(H3R2)、第8位(H3R8)、第17(H3R17)位和第26位(H3R26)精氨酸，以及H4的第3位精氨酸(H4R3),這些位點(diǎn)的甲基化是由一個(gè)小的精氨酸甲基轉(zhuǎn)移酶(PRMTs)家族控制的。PRMTs分為四類，其中type I和type II兩種類型的PRMTs最為重要也研究的最多(Bedford等, 2005)。這兩類精氨酸甲基轉(zhuǎn)移酶催化精氨酸生成作為中間產(chǎn)物的單甲基化精氨酸，該單甲基化精氨酸被type I PRMTs催化形成非對(duì)稱的二甲基化精氨酸，然后再被type II PRMTs催化形成對(duì)稱性的二甲基化精氨酸(Bedford等, 2009)。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)稱性或?qū)ΨQ性二甲基化的type I和type II類型甲基轉(zhuǎn)移酶。除PRMT1外，PRMT4/CARM1也是一種非常重要的type I甲基轉(zhuǎn)移酶，它能夠催化H3RH3R17以及H3R26位點(diǎn)的非對(duì)稱性二甲基化。prmt1敲除小鼠的胚胎在植入子宮內(nèi)膜后死亡，而PRMT4無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)。 在擬南芥中有9個(gè)PRMTs(Niu等, 2007)，AtPRMT4a和AtPRMT4b是人的PRMT4的同源蛋白，在體外能催化非對(duì)稱性的二甲基化H3RH3R17以及H3R26，并且體內(nèi)能催化H3R17me2a。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)。H4R3能夠被AtPRMT5/SKB1對(duì)稱性的二甲基化(Pei等, 2007。 Wang等, 2007。 Schmitz等, 2008)，也能被AtPRMT10(Niu等, 2007)、AtPRMT1a以及AtPRMT1b(Yan等, 2007)非對(duì)稱性的甲基化。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，但它們都涉及到開花時(shí)間的調(diào)控。FLC在atprmt4a atprmt4b雙突變體，atprmt5/skb1,以及arprmt10單突變體中表達(dá)都上調(diào)，另外，atprmt5 atprmt10雙突變體在開花時(shí)間和FLC表達(dá)上有疊加效應(yīng)，表明這兩個(gè)PRMTs蛋白調(diào)控開花時(shí)間機(jī)制的不同(Niu等, 2007)。除了晚花表型，atprmt5突變體還表現(xiàn)出另外多種表型，包括生長阻滯和葉片暗綠并卷曲，表明AtPRMT5/SKB1在發(fā)育過程中起重要作用(Pei等, 2007。 Wang等, 2007。 Schmitz等, 2008)。與prmt1敲除小鼠胚胎致死不同，擬南芥atprmt1a atprmt1b雙突變體并沒有明顯的突變表型。一種可能的解釋是AtPRMT1a、AtPRMT1b與其它AtPRMT家族成員存在功能冗余。 組蛋乙?；M蛋白乙?；侵冈黾右粋€(gè)乙?；鶊F(tuán)到組蛋白賴氨酸殘基上從而中和賴氨酸殘基所攜帶的正電荷，從而影響組蛋白與其它蛋白或DNA之間的相互作用，使DNA從濃縮狀態(tài)釋放出來。因此，組蛋白乙?；L期以來被認(rèn)為與轉(zhuǎn)錄激活以及其它細(xì)胞過程如DNA復(fù)制、重組和修復(fù)相關(guān)(Lee等, 2007)。在擬南芥中，H3KH3K1H3K1H3K1H3K2H3K27以及H4KH4KH4K1H4K1H4K20都可以被乙?；?Earley等, 2007。 Zhang等, 2007)。組蛋白乙酰轉(zhuǎn)移酶(HATs)催化乙?；鶑囊阴］o酶A轉(zhuǎn)移到特異的底物位點(diǎn)上(Lee等, 2007)。HATs分為四類：GNAT、MYST、CBP/p300以及TAF1/TAFII擬南芥GNAT家族包括AtGCN5/HAGHAT1/HAG2以及AtELP3/ELO3/HAG3,其中AtGCN5研究的最充分，它在體外能乙?；疕3(Earley等, 2007)，并且Atg5突變體中整體水平上的H3乙?；瘻p少(Bertrand等, 2003)，特別是特定基因的H3K14和H3K27位點(diǎn)(Benhamed等, 2006)。AtGCN5涉及到植物許多發(fā)育過程，并能響應(yīng)各種環(huán)境條件。因此，AtGCN5在擬南芥中是一個(gè)主要的HAT。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)。CBP家族的AtHAC1/PCAT2在體外對(duì)HHH2A和H2B具有HAT活性(Bordoli等, 2001)，而TAF1/TAFII250家族中的HAF2的突變體在光反應(yīng)基因的H3和H4位點(diǎn)乙?；瘻p少(Bertrand等, 2005)。組蛋白乙酰化的動(dòng)態(tài)平衡取決于HATs和組蛋白去乙?；?HDACs)的相互拮抗。擬南芥HDACs分為RPD3/HDA1超家族、SIR2家族和HD2家族(Pandey等, 2002)。4個(gè)擬南芥RPD3類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)。AtHDA6/RPD3B能夠使H3和H4多個(gè)賴氨酸位點(diǎn)去乙