DNA甲基化是表观遗传调控的重要机制，植物中胞嘧啶甲基化发生在CG、CHG以及CHH位点，通过影响染色质状态抑制基因表达和转座子活性，在调控植物生长发育、维持基因组稳定性、作物驯化和环境适应性方面发挥重要作用。近年来，基因编辑体系快速发展，但通过编辑DNA甲基化状态改变基因表达的研究才刚刚起步，在作物中尚未见报道。此外，已有研究表明多个编辑器对染色质状态和DNA甲基化敏感，从而显著降低其编辑效率。
近期，中国科学院遗传与发育生物学研究所曹晓风院士课题组在表观遗传学编辑研究领域取得新进展，先后与南昌大学王东教授团队、中国科学院遗传与发育生物学研究所宋显伟青年研究员合作在SCIENCE CHINA Life Sciences在线发表题为“Precise editing of methylated cytosine in Arabidopsis thaliana using a human APOBEC3Bctd-Cas9 fusion”和“Targeted DNA demethylation produces heritable epialleles in rice”的研究论文。
第一项工作首先在植物中证实了DNA甲基化抑制胞嘧啶脱氨酶催化的C→T转换效率，并成功筛选获得了对甲基化胞嘧啶高效编辑的单碱基编辑器APOBEC3BCtd-nCas9，该蛋白可有效编辑拟南芥和水稻中甲基化胞嘧啶，并可对编辑框内多个胞嘧啶实现单个C→T的精准编辑。
南昌大学工作人员刘志红和中国科学院遗传与发育生物学研究所博士研究生唐善杰为该论文共同第一作者。南昌大学王东教授和中国科学院遗传与发育生物学研究所曹晓风院士为文章通讯作者。该研究得到国家自然科学基金、江西省自然科学基金和国家重点研发计划支持。
另一研究基于SunTag-dCas9-TETcd系统，构建了一套针对水稻基因组DNA甲基化靶向去除的表观编辑体系，成功去除PRC2 复合体关键成员OsFIE1基因和逆转座子Tos17位点DNA甲基化并使二者异位表达。对OsFIE1的编辑产生了一系列不同矮化程度的表观等位突变体，包括与之前报道的获得性表观等位突变体epi-df相同的矮化表型。通过对这些人为产生的表观等位突变体进行了多代的追踪观察，发现OsFIE1的低甲基化水平和植株矮化表型可以稳定遗传且不依赖于外源转基因载体的存在。该研究首次在作物中建立了表观编辑体系，为作物遗传改良提供了新的工具和思路。
中国科学院遗传与发育生物学研究所博士研究生唐善杰和已毕业学生杨超博士为该论文共同第一作者。中国科学院遗传与发育生物学研究所宋显伟青年研究员和曹晓风院士为文章通讯作者。该研究得到国家重点研发计划和国家自然科学基金等项目的资助。
论文链接：
https://doi.org/10.1007/s11427-021-1970-x
https://doi.org/10.1007/s11427-021-1974-7
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