近日，南京農業大學農學院張文利課題組在Nucleic Acids Research上發表了題為“Genome-wide characterization of i-motifs and their potential roles in the stability and evolution of transposable elements in rice”的研究論文。該研究首次通過發展iM-IP-seq方法，在全基因組水平鑒定了水稻DNA i-motif（intercalated motif，iM）位點的分布，揭示了其序列特征；研究了該結構與DNA胞嘧啶甲基化的關系以及對轉座子活性的影響。   　　生物體基因組中，除了典型的DNA右手雙螺旋（B型）結構外，還存在多種非B型DNA二級結構，如R-loop、G-quadruplex（G4）和i-motif等。越來越多的研究結果表明，非B型DNA二級結構蘊藏著重要的調控信息，通過二級結構的形成和打開快速響應體內外環境信號變化并參與一系列重要的生物學過程。i-motif富含胞嘧啶（C）序列，在人和動植物基因組中普遍存在。近年來，相關研究結果表明，i-motif在維持人基因組結構穩定性、DNA復制、基因轉錄和翻譯等多種生物學過程中發揮著重要的作用。特別是，i-motif普遍存在于人癌癥基因啟動子區，與癌癥基因的表達密切相關，從而為藥物基因組學提供了一類新型的抗癌靶點。因此，i-motif生物學功能研究已成為人和動物調控基因組學一個新的研究熱點。但迄今為止，i-motif的組學研究以及它在植物基因組中的生物學功能等未見詳細報道。
　　三種非B型DNA二級結構示意圖   　　該研究基于特異識別i-motif的iMab抗體，成功發展了iM-IP-seq組學方法，通過免疫沉淀反應并結合二代測序方法，繪制了水稻i-motif分布圖譜。發現水稻基因組中，i-motif主要分布于啟動子、5'UTR區域。部分i-motif分布于開放染色質區，具有潛在的調控元件功能。
　　iM-IP-seq反應主要步驟流程圖和i-motif在基因組中的分布   　　通過進一步解析DNA甲基化對i-motif結構形成的影響，本研究發現，i-motif的DNA甲基化水平較低，但適度DNA甲基化有利于i-motif穩定性，并且DNA甲基化對i-motif穩定性的影響與胞嘧啶甲基化的程度和位置有關，兩者之間表現出一種較為復雜的關系。 　　結合栽培稻亞種、野生稻轉座子數據及DNA甲基化數據，本研究發現，活躍的轉座子中形成i-motif結構的潛力較高，同時伴隨著CG和CHG的低甲基化。這暗示著i-motif與DNA甲基化共同影響轉座子的遺傳穩定性。 　　該研究提供了一種在全基因組水平鑒定i-motif的組學新方法，將有助于系統研究i-motif的序列特征、表觀修飾及其生物學功能，從而為植物基因表達調控提供一種新的研究思路。   　　南京農業大學碩士生馬星和鐘山青年研究員馮逸龍博士為共同第一作者，張文利教授為通訊作者。南京農業大學王秀娥教授、程雪嬌副教授以及研究生陶申童、楊瑩及史依寧；蘇州大學黃健教授；中國科學院亞熱帶農業生態研究所陳彩艷研究員和研究生李昕以及法國UBFC Dijon分子化學研究所David Monchaud博士等對本研究也作出了重要貢獻。該研究得到了國家自然科學基金（32070561，U20A2030）的資助；同時感謝南京農業大學作物遺傳與種質創新國家重點實驗室及南京農業大學生物信息學研究中心為本研究提供的支持。   論文鏈接：https://doi.org/10.1093/nar/gkac121