PNAS: 南京农大杨东雷实验室揭示RNA聚合酶V对24-nt siRNA积累的影响取决于水稻中的DNA甲基化背景和组蛋白修饰

RNA 指导的 DNA 甲基化 (RdDM) 在 CG、CHG 和 CHH 环境中的从头甲基化中起作用。

本研究，我们通过图位克隆获得了水稻 OsNRPE1 基因，它编码 RNA 聚合酶 V (Pol V) 的最大亚基，这是水稻基因沉默和生殖发育的关键调节因子。 

我们发现 RdDM 基因座上的 CHH 甲基化需要水稻 Pol V 转录长非编码 RNA。

Pol V 以位点特异性方式影响 24 核苷酸小干扰 RNA（24 nt siRNA）的积累。 在具有高 CHH 甲基化水平和低 CG 和 CHG 甲基化水平的基因座上生物合成 24-nt siRNA 往往取决于 Pol V。相反，CHH 背景中的低甲基化水平和 CG 和 CHG 背景中的高甲基化水平易导致 24-nt  siRNA 积累不依赖于 Pol V。

H3K9me1 和 H3K9me2 倾向于在 Pol V 独立的 24-nt siRNA 基因座上富集，而各种活性组蛋白修饰在 Pol V 依赖的 24-nt siRNA 基因座上富集。  DNA 甲基化是 Pol V 依赖性基因座上 24-nt siRNA 生物合成所必需的，但 Pol V 非依赖性基因座上则不需要。

我们的研究结果揭示了水稻 Pol V 对长链非编码 RNA 产生、DNA 甲基化、24-nt siRNA 积累和生殖发育的功能。

RNA-directed DNA methylation (RdDM) functions in de novo methylation in CG, CHG, and CHH contexts. Here, we performed map-based cloning of OsNRPE1, which encodes the largest subunit of RNA polymerase V (Pol V), a key regulator of gene silencing and reproductive development in rice. We found that rice Pol V is required for CHH methylation on RdDM loci by transcribing long noncoding RNAs. Pol V influences the accumulation of 24-nucleotide small interfering RNAs (24-nt siRNAs) in a locus-specific manner. Biosynthesis of 24-nt siRNAs on loci with high CHH methylation levels and low CG and CHG methylation levels tends to depend on Pol V. In contrast, low methylation levels in the CHH context and high methylation levels in CG and CHG contexts predisposes 24-nt siRNA accumulation to be independent of Pol V. H3K9me1 and H3K9me2 tend to be enriched on Pol V–independent 24-nt siRNA loci, whereas various active histone modifications are enriched on Pol V–dependent 24-nt siRNA loci. DNA methylation is required for 24-nt siRNAs biosynthesis on Pol V–dependent loci but not on Pol V–independent loci. Our results reveal the function of rice Pol V for long noncoding RNA production, DNA methylation, 24-nt siRNA accumulation, and reproductive development.

https://doi.org/10.1073/pnas.2100709118

杨东雷简介

教授，博士生导师，江苏省杰出青年基金获得者