巴西橡胶树表观遗传研究进展

表观遗传是指在不涉及基因组DNA序列改变的情况下,基因功能发生了可逆的、可遗传的改变。研究表明,表观遗传调控在植物的生长发育及逆境胁迫应答反应中起着重要的作用。目前,表观遗传学研究主要集中在DNA甲基化、小RNA调控、组蛋白修饰、染色质重塑及基因组印迹等。与模式植物相比,橡胶树表观遗传的研究相对滞后,主要涉及DNA甲基化及miRNAs研究这2个方面。本文就橡胶树DNA甲基化及miRNAs的相关研究进行了简要综述,并对表观遗传在橡胶树中的研究前景提出展望。     

辣椒DNA甲基化修饰酶基因的鉴定与表达特征分析

DNA甲基化与去甲基化是表观遗传修饰中一种保守的分子机制,参与植物生长发育、次生代谢和逆境胁迫响应等多种生物过程,受DNA甲基化修饰酶基因的调控.为了解DNA甲基化修饰酶基因在辣椒基因组中的特征,利用生物信息学手段鉴定出14个辣椒DNA甲基转移酶和去甲基化酶基因,并对其进行系统分析.结果表明:辣椒基因组中含10个DNA...     

植物组织培养过程中的DNA甲基化研究进展

组织培养是植物无性繁殖和遗传转化的重要技术基础。组织培养包括外植体脱分化、愈伤组织形成、再分化等过程,最后形成新的植株。在植物组织培养过程中,DNA甲基化模式不断发生变化,表明植物细胞发生了大量的表观遗传重编程事件。一般来说,DNA甲基化可以促进或加快组织培养过程,对于许多很难进行组织培养和再生的植物来说非常重要。本文主要总结了植物组织培养过程中DNA甲基化模式的变化规律和分子机制,以及新的研究手段和思路,旨在为开展植物组织培养过程中的DNA甲基化研究提供帮助。     

DNA甲基化抑制剂5-氮脱氧胞苷对水稻基因组甲基化及幼苗生长发育的影响

【目的】DNA甲基化是高等植物中普遍存在的一种表观修饰形式,其在调节基因表达、维持基因组稳定以及调控植物生长发育等方面发挥重要作用。本研究拟对基因组甲基化如何影响水稻发育进行解析。【方法】利用DNA甲基化抑制剂5-氮脱氧胞苷(AZA, 5-Aza-2′-deoxycytidine)处理水稻幼苗,研究DNA甲基化抑制剂对水稻幼苗生长发育及相关基因表达的影响。【结果】AZA处理后水稻基因组甲基化水平下降、植株发育迟缓,但种子萌发并不受AZA处理的影响;DNA和组蛋白表观修饰相关基因的表达受到AZA处理抑制。此外,防卫反应和光合通路相关基因表达也受到AZA处理的影响,暗示DNA甲基化在这些基因的表达调控中可能发挥作用。【结论】这些结果表明AZA是一种有效的DNA甲基化抑制剂,AZA处理可以破坏水稻基因组甲基化水平的正常状态,从而影响水稻的正常发育。     

双胚苗水稻单倍体及其杂交后代基因组DNA甲基化特异位点的分析及功能探讨

 采用甲基化敏感性扩增多态性技术对水稻单倍体SARⅡ 628及它与蜀恢527、蜀恢363的杂交后代基因组DNA甲基化位点进行了分析。用16对选择性扩增引物在双亲及杂交后代中共检测到765个DNA甲基化位点,与双亲相比,杂交后代DNA甲基化水平均有不同程度的降低。通过分析两个杂交组合与双亲的甲基化带型差异,发现非单倍体遗传及单倍体独立遗传两种甲基化差异位点。对部分甲基化位点的序列进行功能分析,发现这些位点主要涉及细胞构造、代谢途径、应激反应等生物学功能。推测这类功能基因的甲基化修饰调控着相关基因的开启与关闭,为植物的生存、生长、发育及进化提供动力。     

黑麦基因组DNA甲基化修饰位点的MSAP分析

为了获得黑麦基因组DNA甲基化修饰水平、模式及位点等表观遗传信息,采用EcoR Ⅰ和Hpa Ⅱ / Msp Ⅰ双酶切建立适合于黑麦基因组的"甲基化敏感扩增多态性"(Methylation sensitive amplification polymorphism,MSAP)分析体系,在全基因组水平检测黑麦DNA甲基化修饰位点.以12对MSAP引物进行选择性扩增,共检测到甲基化修饰位点226个,"CCGG/GGCC"位点甲基化修饰比例为51.72%.对部分黑麦基因组甲基化修饰位点进行回收,最终分离了22条存在甲基化修饰的基因组DNA序列.BLAST比对分析结果表明,黑麦基因组中包括转座子序列、散在重复序列以及单拷贝蛋白质编码序列在内的多种类型DNA序列中均存在DNA甲基化修饰现象.同时发现,在甲基化检出序列中都存在明显的"CpG"二核苷酸成簇富集现象,这些区域分布与MSAP分析结果相一致.在此基础上,对应用MSAP技术分离黑麦基因组DNA甲基化修饰位点的有效性以及黑麦基因组序列中DNA甲基化修饰潜在位点分布特征和生物意义进行了讨论.     

茶树DNA甲基转移酶基因CsDRM2的克隆及表达分析

DNA甲基化作为表观遗传修饰的主要途径之一,能够通过对基因组 DNA 的修饰参与植物对外界环境胁迫的响应, DNA甲基化需要DNA甲基转移酶的参与.实验室前期研究表明,茶树在冷驯化过程中发生了甲基化反应.通过RACE克隆,获得了茶树中DNA甲基转移酶CsDRM2基因的cDNA全长序列(NCBI登录号KR057963).CsDRM2序列全长2328bp,含1815bp的开放阅读框,编码604个氨基酸,预测蛋白质分子量为67.39 kD,理论等电点(PI)为4.85.生物信息学分析结果显示,茶树CsDRM2蛋白与芝麻和烟草的亲缘关系最近,CsDRM2的氨基酸序列与其他植物的DRM2相似性均高于65%.CsDRM2基因表达分析的结果发现,随着冷驯化的进行,CsDRM2基因的表达量呈现出增加的趋势,参与茶树冷驯化过程的甲基化响应.     

植物种子油脂积累的转录调控及在大豆中的研究进展

植物种子是油脂的主要来源之一,种子中的油脂主要在其发育过程中积累。油脂的积累除受脂肪酸合成途径中多种酶的活性、特异性和稳定性的影响,更受到转录前、转录和转录后水平的调控。众多相关基因参与此过程,形成一系列基因网络调控了下游油脂合成基因的表达。文章综述了转录因子对油脂积累的调控、DNA甲基化和组蛋白修饰相关基因在种子发育和油脂积累中的作用以及小RNA调控种子发育的分子机理,并介绍了大豆油脂积累调控机制的研究进展。     

基于MSAP技术的中国野生大豆群体遗传多样性分析

为探究中国不同纬度的野生大豆天然种群的遗传多样性及其遗传结构,本研究利用MSAP技术分析研究27°～46°N的7个野生大豆种群的DNA甲基化多态性。结果表明:(1)223份材料、8对MSAP引物共扩增到1 617个位点,对所有位点的甲基化模式分析表明,Ⅳ型甲基化模式(位点缺失或者全甲基化)占比最多,为53.55%,Ⅱ型(半甲基化)和Ⅲ型(内侧甲基化)甲基化模式占比较少,分别为11.75%和13.25%。(2)基于非甲基化位点的Shannon指数在巴彦种群最低(I=0.279 6),在安化种群最高(I=0.313 0),遗传多样性呈现随纬度降低而逐渐升高的渐变趋势;而基于甲基化敏感位点的Shannon指数在巴彦种群最低(I=0.585 1),在桐柏种群中最高(I=0.603 0),其表观遗传多样性随纬度渐变呈现不规则波动。(3)基于非甲基化位点和甲基化敏感位点的遗传结构分析显示,在遗传上,同属于一个种群的材料能够聚类到一组,不同种群间出现了明显的遗传分化,而在表观遗传上,除了巴彦、衡山、安化的材料能各自聚类到一组以外,其余4个种群的材料交织在一起。(4)基于甲基化敏感位点的表观遗传距离和基于非甲基化位点的遗传距离相关性分析显示,二者在6个种群相关性显著,说明表观变异在多数情况下依赖于遗传变异,但也会在某些情况表现出一定的独立性。     

麻疯树杂交子代与亲本间基因组DNA甲基化分析

为揭示麻疯树（Jatropha curcas）杂交子代与亲本间基因组甲基化变化规律,以1组亲缘关系较远且差异较大的亲本杂交构建的麻疯树遗传群体为材料,采用AFSM技术挖掘麻疯树DNA甲基化位点,比较不同材料的甲基化水平,对其进行功能分析。结果表明：共检测出537 234个甲基化位点,杂交子代DNA甲基化水平（0.29）显著低于2个亲本（0.39和0.35）。对不同全甲基化水平的样品进行功能分析,结果发现均富集于催化活性和蛋白结合,而相对于mCCGG全甲基化水平,CmCGG全甲基化水平样品还富集于大分子复合物、细胞器等细胞组分,以及发育过程、生物过程、细胞过程、代谢过程等生物学过程。这对于进一步从表观遗传学角度揭示麻疯树维持必要的遗传稳定性形成的内在机制具有重要意义。     

Special DNA Methylated Sites Between Haploid of Twin-Seedling and Its Hybrids in Rice(Oryza sativa)

DNA methylation is one of the epigenetic phenomena which can be transferred to the offspring by cell division in the evolution of organisms.The epigenetic regulation accompanied by gene expression can be found directly in the phenotype of haploidy plants.DNA cytosine methylation at the 5’-CpCpGpG sites of haploid,Shuhui 527,Shuhui 363 and their hybrids was analyzed by methylation sensitive amplification polymorphism(MSAP) method.There were 765 DNA methylated sites detected and the methylation level was lower in hybrids than parents.Meanwhile,the different bands between hybrids and parents were analyzed and two types of methylated sites were detected,of which one inherited from haploid,and the other did not.The biological functions of genes related to methylated sites involved in cell structure,metabolize and response factor.Therefore,DNA methylated modifications can activate and silence the genes and play an important role in plant growth,development and evolution.     

龙眼体胚发生过程中RNA甲基化相关基因全基因组鉴定及表达分析

为了解龙眼RNA甲基化相关基因的生物学功能,本研究基于基因组和转录组数据,采用生物信息学分析方法,进行龙眼基因组RNA甲基化相关基因成员鉴定,蛋白结构域及特性分析,分子进化树分析,体胚发生过程和组织器官基因表达水平分析以及ABA处理下的定量表达分析。结果显示：龙眼中有7个参与RNA甲基化过程中的关键基因,包括5个RNA甲基转移酶基因和2个去RNA甲基化酶基因;各成员内含子数量差别较大,为4~28个不等;进化树分析显示,龙眼RNA甲基转移酶和去甲基化酶蛋白与甜橙亲缘关系最近;蛋白结构域分析显示,RNA甲基化相关酶具有保守的蛋白结构域;龙眼RNA甲基化相关基因启动子区域中主要含有光响应功能元件、激素响应功能元件、胁迫响应功能元件和分生组织表达响应元件,推测RNA甲基化相关基因可能对植物的生长发育和适应不良环境有一定调节作用;RNA甲基化相关基因部分成员在龙眼体胚不同发生阶段和不同组织器官中的表达有明显区别,推测龙眼RNA甲基化相关基因可能参与不同体胚发育阶段和组织器官形态建成;不同浓度ABA处理下,龙眼EC中RNA甲基化相关基因的表达情况各异,其中DlVIR、DlALKBH10B和DlMTB的相对表达量受到一定的抑制作用,而DlFIP37则呈现上调表达,暗示龙眼RNA甲基化相关基因参与激素响应途径。本研究表明,龙眼RNA甲基化相关基因除了可能在叶的形成、花的发育和植株的形态建成等方面发挥重要的作用外,还可能参与调控胚胎发育和响应非生物胁迫,推测龙眼RNA甲基化相关基因成员在功能上具有差异性和多样性。     

麦类等主要作物的miRNA研究进展

microRNA(miRNA)是一类小分子的非编码RNA,可通过对其靶基因mRNA的降解或翻译抑制调控基因表达。目前除对拟南芥、水稻和杨树等模式植物已进行研究之外,对麦类作物的miRNA也进行了初步研究。利用生物信息学预测和小分子RNA测序的方法,目前已克隆了一系列小麦和大麦miRNA,包括物种保守的miRNA及麦类特有的miRNA。靶基因预测及miRNA表达谱分析显示这些麦类miRNA的表达具有时空特异性,可能参与生长发育及胁迫应答的调控。这些数据为进一步研究植物miRNA的进化及麦类miR-NA参与的特异调控功能提供了线索及依据。     

DAC对玉米DNA甲基化影响及基因表达量变化的研究

以5-氮杂-2脱氧胞苷(DAC)处理相应对照玉米幼苗叶片为材料构建转录组测序文库,采用Illumina测序平台进行测序,对差异表达基因进行GO功能分类和KEGG通路分析.最终筛选到差异基因1072个,其中,上调表达基因为646个,下调表达基因为426个.将差异基因富集的生物过程和信号通路进行GO分析,发现主要集中于细胞...     

青稞叶绿体基因RNA编辑位点的预测、鉴定与比较分析

为了阐明青稞叶绿体基因组RNA编辑位点的组成与特性,首先利用生物信息工具对青稞叶绿体基因的RNA编辑位点进行了预测,结果发现了35个分布于15个基因的编辑位点,所有编辑均为C到U的转换,其中基因ndhB包含的编辑位点数量最多,达9个,这与其他麦类作物相似;进一步利用RT-PCR结合克隆测序,对预测的35个位点进行了实验验证,发现18个编辑位点被证实发生了C到U的编辑;对编辑前后编码蛋白质的结构进行了比较分析,发现RNA编辑引起了编码蛋白的结构变化,暗示RNA编辑可以造成编码蛋白功能的改变。最后,将青稞叶绿体基因RNA编辑位点与栽培大麦、野生大麦的叶绿体RNA编辑位点进行了比较,发现青稞与栽培大麦的RNA编辑组成完全一样,而野生大麦缺失了 ndhA-563位点,初步印证了大麦的起源进化关系。     

影响植物组织总RNA质量的因素

随着大量生物领域科研人员进入植物RNA研究领域，开展RNA研究，使得以RNA为终产物的基因组研究取得突破性进展，新的RNA基因不断增加，RNA的新功能不断被发现。但由于RNA的不稳定性，使得RNA操作远比DNA操作困难，且尚有大量未知的RNA及其功能等待人们去探索、研究．而这些研究又都基于高质量RNA的提取。因此，根据笔者自身实验经验，及在查阅大量相关文献的基础上。针对植物总RNA提取的一些关键影响因素、消除对策、RNA检测方法及RNA保存方法上进行了系统的阐述，旨在为高质量植物组织总RNA的制备提供理论参考，为RNA分子生物学实验后续研究提供理论支撑。     

干旱驯化后节水抗旱稻苗期不同发育时间DNA甲基化模式变化分析

以一个节水抗旱稻沪旱3号为研究材料,经过连续6代干旱胁迫驯化后,采用甲基化敏感扩增多态性方法在苗期不同发育时间对原始代(G0)和第6代(G6)DNA甲基化变化情况进行分析。结果表明,沪旱3号甲基化位点比例约为34%,其中,全甲基化位点约占84%,半甲基化位点约占16%。在苗期,随着沪旱3号生长发育,甲基化水平下降。不同世代或/和不同发育时间差异甲基化位点占总检测位点的4.0%,其中,大部分仅与发育相关(57.9%),而世代之间无差异。干旱驯化后,G6的DNA甲基化模式发生了改变。G6与G0相比,在3叶期,去甲基化事件占主要部分(59.1%);在4叶期,甲基化事件占主要部分(47.9%)。生长发育涉及全基因组DNA甲基化变化,变化位点主要分布在启动子区域和外显子区域。功能聚类分析表明差异甲基化位点相关基因涉及广泛的功能。