摘要：DNA甲基化是保守的表观遗传标记，对基因组稳定性和转座子沉默至关重要。植物中的CG甲基化由MET1维持，其功能类似于哺乳动物中的DNMT1。然而，MET1的具体工作机制尤其是其结构基础一直不明确。本研究通过冷冻电镜技术首次解析了拟南芥MET1的多个结构状态，揭
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这篇发表于 Nature Communications（2025）的论文《Cryo-EM reveals evolutionarily conserved and distinct structural features of plant CG maintenance methyltransferase MET1》是一项在植物表观遗传学领域具有重要意义的结构生物学研究。
DNA甲基化是保守的表观遗传标记，对基因组稳定性和转座子沉默至关重要。植物中的CG甲基化由MET1维持，其功能类似于哺乳动物中的DNMT1。然而，MET1的具体工作机制尤其是其结构基础一直不明确。本研究通过冷冻电镜技术首次解析了拟南芥MET1的多个结构状态，揭示了其激活与自抑制机制，填补了植物DNA甲基化调控机制的结构空白。
1. MET1对半甲基化DNA的特异性识别MET1的甲基转移酶结构域（MTase）在体外优先甲基化半甲基化CG位点，即使缺乏哺乳动物DNMT1中用于抑制未甲基化DNA的CXXC结构域。
结构显示TRD（靶识别域）通过多个环区与半甲基化DNA的非靶链5-甲基胞嘧啶（5mC）发生范德华作用，确保底物特异性。
2. MET1与DNMT1的结构保守性与差异性MET1与DNMT1在活性状态下的结构高度相似，包括催化核心、靶碱基翻转机制、DNA识别螺旋和激活螺旋的构象。
但MET1的TRD更紧凑，缺乏DNMT1中的锌指结构，且BAH2-loop更短，提示植物MET1采用更简洁的机制识别半甲基化位点。
3. 植物特有的自抑制机制全长MET1在无底物时呈现自抑制状态，其RFTS2结构域和连接 linker 阻碍DNA结合通道，这与DNMT1中RFTS结构域插入催化裂隙的机制完全不同。
MET1的自抑制不依赖于酸性 linker，而是由RFTS2与TRD的相互作用及连接 linker 的刚性位置共同维持。
4. 泛素化组蛋白H3作为潜在激活因子研究发现VIM1（植物UHRF1同源蛋白）可催化组蛋白H3的多位点单泛素化。
双单泛素化H3（如H3K14ub/K18ub）能轻微增强MET1活性，并通过EMSA证实其与MET1的RFTS结构域结合，提示其可能参与解除自抑制。
三、技术方法的优势
高分辨率冷冻电镜：成功解析MET1–DNA复合物（2.74 Å）和全长apo-MET1（3.21 Å）结构，为机制阐释提供坚实基础。
多方法验证：结合酶活实验、点突变分析、热稳定性检测、泛素化实验和EMSA，全面验证结构观察到的功能关键残基和调控机制。
跨物种比较：与哺乳动物DNMT1结构系统对比，突出植物特异性调控机制。
论文不仅揭示了MET1的保守激活机制，还发现了植物特有的自抑制构象，这可能是植物为适应环境变化而进化出的精细调控策略。
作者提出MET1可能受多种染色质因子（如H3K9me3、HDAG、DDM1等）协同调控，为后续研究指明方向。
文中还推测MET1自身可能通过泛素化修饰（如K599）进一步调控活性，这为理解植物表观遗传的鲁棒性提供了新视角。
本论文通过高分辨率结构生物学手段，首次系统揭示了植物CG维持性甲基转移酶MET1的激活与自抑制机制，明确了其与哺乳动物同源蛋白DNMT1在功能保守性基础上的结构差异。这些发现不仅深化了对植物表观遗传机制的理解，也为作物表观遗传育种和逆境适应研究提供了理论基础。
我们更关注的是海外的植物科学前沿研究，
来源：鉴赏科学