Highly integrated single-base resolution maps of the epigenome in Arabidopsis¶

作者 · Lister et al., 期刊 · Cell, 年份 · 2008, DOI · https://doi.org/10.1016/j.cell.2008.03.029
一句话：这篇把 Arabidopsis 的 DNA 甲基化、小 RNA 和转录输出放到单碱基坐标，定义了植物甲基化组的读法。

1. 背景与前问¶

植物 DNA methylation 与动物不同：不仅有 CG，还有 CHG 和 CHH。植物还有 RdDM 通路，24nt siRNA 能引导 de novo methylation。早期方法能看局部位点或低分辨率区域，但无法系统回答三种 context 在全基因组如何分布、与小 RNA 和表达如何耦合。

2. 核心问题¶

核心问题一句话：Arabidopsis 基因组中每个胞嘧啶的甲基化状态如何与 small RNA、基因表达和转座子沉默相互关联？

这不是单独 methylation map，而是 integrated epigenome。

3. 实验设计的关键决策¶

选择 Arabidopsis 是因为参考基因组好、表观遗传突变体和 RdDM 生物学基础强。单碱基分辨率 methylC-seq 是关键：植物三种 context 的解释不同，如果只做区域平均，会把机制混在一起。

整合 small RNA 和 mRNA 是核心取舍。没有 small RNA，你只能说某区域甲基化；有 small RNA，才能追问 RdDM 是否参与。

4. 数据生成与处理¶

flowchart LR
  DNA[genomic DNA] --> BS[bisulfite conversion]
  BS --> Seq[methylC-seq]
  Seq --> CG[CG]
  Seq --> CHG[CHG]
  Seq --> CHH[CHH]
  sRNA[small RNA-seq] --> Integrate[genomic coordinate integration]
  RNA[mRNA expression] --> Integrate
  CG --> Integrate
  CHG --> Integrate
  CHH --> Integrate

Bisulfite 将未甲基化 C 转为 U，测序后读成 T；5mC 相对保留为 C。每个位点 methylation level 近似为：

\[ \hat p=\frac{m}{m+u} \]

其中 \(m\) 是保留 C 的 reads，\(u\) 是转化后的 reads。统计解释要考虑 coverage 和转化效率。

5. 关键 Figure 拆解¶

真实 Figure 入口 · 原文 Figures

这篇 Cell 植物 methylome 论文建议打开原文页面的 Figure 1、Figure 2/3 和 Figure 4/5。读图时一定按 CG、CHG、CHH 分开看：Figure 1 看三种 context 在 gene、TE、repeat 上的分布；Figure 2/3 看 24nt siRNA 与 CHH/RdDM 的空间共定位；Figure 4/5 再把 methylation 和表达/转座子沉默连接起来。

Figure 1：全基因组 methylation landscape¶

这张图展示 CG/CHG/CHH 在基因、转座子和重复区域的分布。生物学声明是植物 methylome 具有 context-specific architecture。

Figure 2/3：small RNA 与 CHH/RdDM¶

这些图把 24nt siRNA 与 methylation 对齐。若 CHH methylation 与 24nt siRNA 共定位，支持 RdDM 参与。注意这是通路证据，不是单个位点因果证明。

Figure 4/5：表达和转座子沉默¶

把 methylation 与 mRNA 输出整合，支持重复序列和转座子甲基化与沉默相关。但基因体甲基化和 promoter methylation 的含义不同，不能简单套“甲基化=沉默”。

6. 结论的强度边界¶

强支持：Arabidopsis methylome 必须按 CG/CHG/CHH 分 context 解读；转座子和重复序列是甲基化重点区域；small RNA 与部分非 CG methylation 紧密相关。

边界：相关不等于因果；bisulfite damage 和 mapping bias 会影响重复区域；区域 methylation 与邻近基因表达之间需要方向性验证。

7. 如果今天重做¶

今天会加入 nanopore direct methylation、mutant series（met1/cmt3/drm2/pol iv/pol v）、单细胞或空间甲基化，并用 targeted demethylation/methylation 验证 DMR 功能。植物项目里必须把 methylation context、small RNA 和 TE annotation 一起读，否则很容易把 RdDM 与 maintenance methylation 混淆。

8. 我学到了什么¶

（Peter 填）

横向连接¶

[[09-methylation/plant-three-contexts]]
[[09-methylation/rddm-integration]]
[[09-methylation/beta-binomial-for-methylation]]
[[14-microbiome/rhizosphere-stratification]]

参考¶

Lister et al. (2008), Cell, DOI: https://doi.org/10.1016/j.cell.2008.03.029
Cokus et al. (2008), Nature — Arabidopsis methylome
Matzke & Mosher (2014), Nature Reviews Genetics — RdDM review