DNA甲基化参与调控马铃薯响应干旱胁迫的关键基因挖掘

植物受到干旱胁迫时,会通过DNA甲基化做出快速反应以帮助其应对胁迫。为探究在干旱胁迫下,DNA甲基化是如何影响基因转录表达,本研究对甘露醇模拟干旱和5-azadC(去甲基化)处理下,抗旱性不同的2个马铃薯品种(抗旱型,青薯9号;干旱敏感型,大西洋)进行转录组学分析,以Fold-change>2和校正后P<0.01进行差异表达基因(DEG)的筛选。GO富集分析发现,2种处理都共同显著富集到氧化应激和碳水化合物代谢过程相关的GO term。说明不同耐旱性马铃薯在响应干旱胁迫时,与这些GO term相关的基因也受DNA去甲基化调控。对既响应干旱又响应DNA去甲基化的1345个DEG进行KEGG功能富集发现,与植物抗旱相关的通路有植物MAPK信号途径、植物激素信号转导途径、植物谷胱甘肽代谢通路、糖酵解与糖异生和磷酸肌醇代谢通路。说明这些通路相关基因在大西洋和青薯9号2个抗旱性不同的马铃薯品种中,响应干旱的敏感性受DNA甲基化调控。接着对DEG上游1500 bp启动子区域进行顺式作用原件和甲基化CpG岛分析发现,干旱胁迫下参与植物谷胱甘肽代谢的GST基因通过DNA去甲基化来降低启动子区ABRE和CAAT-box作用元件的甲基化水平,进而激活该基因的表达以应对干旱胁迫。因此,利用比较转录组学分析干旱和DNA去甲基化处理下的差异基因,可挖掘到DNA甲基化参与调控马铃薯响应干旱胁迫的相关基因,为研究马铃薯干旱胁迫响应的表观遗传学机理提供新的研究思路。     

低温胁迫下组蛋白H3K18cr在水稻全基因组上的动态变化特征解析

组蛋白修饰在水稻响应非生物胁迫的过程中发挥着重要作用。巴豆酰化是一种新型的组蛋白修饰方式,其在水稻受到低温逆境时如何变化目前很少有见报道。本研究对正常生长和低温处理的水稻日品种本晴幼苗进行RNA-seq和ChIP-seq高通量测序,然后联合分析组蛋白H3赖氨酸18特异位点上巴豆酰化修饰(H3K18cr)在低温胁迫下对基因表达的调控特征。研究表明,在基因组中H3K18cr主要富集在第1外显子和基因间区,且与基因表达和基因长度呈现正相关。低温胁迫下,H3K18cr在水稻基因组上的分布区域没有变化,但是蛋白免疫印记和ChIP-seq结果均表明整体修饰水平下降;差异修饰分析发现低温胁迫后有899个和409个基因分别表现出修饰显著增加和减少。通过与RNA-seq关联分析显示共有199个基因H3K18cr修饰水平增高且表达水平上调,GO富集分析发现这些基因主要参与转录活性的调控等过程。进一步验证表明组蛋白H3K18cr通过调控OsDREB1A、OsEATB、OsAP2-39、OsNAC9等转录因子的表达来参与水稻低温胁迫的响应过程。相关研究结果为解析组蛋白巴豆酰化调控植物响应低温胁迫的表观遗传机制...     

拟南芥中AtACO3基因启动子DNA甲基化的调控机制

RNA介导的DNA甲基化途径(RdDM)在基因表达调控过程中起重要作用。沉默抑制因子(repressor of silencing 1, ROS1)能负调控RdDM途径。定量RT-PCR(quantitative RT-PCR, RT-qPCR)被利用检测拟南芥(Arabidopsis thaliana)中ABA途径相关基因AtACO3表达水平,结果表明非生物胁迫诱导后AtACO3表达水平显著上调。重亚硫酸盐测序结果证明非生物胁迫诱导该基因启动子重复序列的DNA去甲基化,并导致该基因的转录激活。进一步研究证实ROS1在诱导该基因启动子DNA去甲基化的过程中起作用。本研究揭示了非生物胁迫诱导逆境响应基因AtACO3表达的分子机制,为探索植物适应非生物胁迫的表观遗传调控机制提供了科学依据。     

黄鳝Dmrt3基因在性腺中的甲基化差异

DNA甲基化修饰是真核生物最常见的表观遗传现象之一,是一种可逆的过程,能够直接影响到基因的活性。黄鳝具有性逆转的特点,对于黄鳝的性别控制相关基因我们选择了Dmrt3基因,该基因已经证明在鱼类雌雄性腺中存在表达差异。黄鳝的Dmrt3基因编码的mRNA全长为1413bp,编码470个氨基酸。我们通过比较Dmrt3基因在雌雄性腺中甲基化状态就可以简单了解这些基因的开关状况。用甲基化敏感的限制性内切酶Hpa II酶切黄鳝的雌雄性腺,根据已知的mRNA序列设计相关引物扩增酶切产物,与未酶切的对照组进行比较,分析差异条带并验证结果,发现Dmrt3-FR2扩增序列中,精巢是去甲基化的,而卵巢是甲基化状态。所以此位点很可能与性别调控相关。本实验为黄鳝性别调控的相关研究提供一种分子学角度的方法。     

我国科学家揭示植物叶片衰老表观遗传学调控新机制

<正>叶片衰老受到严苛的调控过程,是叶片发育的最后阶段。叶片衰老时,叶绿素、核酸、脂类、蛋白质及其他高分子物质会被分解成营养物质,并会重新分配到生长旺盛的器官或贮存器官中。伴随着叶片年龄的增长,大量叶片衰老相关基因会被诱导表达。研究发现很多叶片衰老相关基因的诱导表达与组蛋白第三亚基四号赖氨酸的三甲基化(H3K4me3)水平增高正相关,但其分     

双胚苗水稻来源的单倍体、二倍体及其杂交F1的DNA甲基化位点分析

全基因组倍增或多倍化, 伴随着基因丢失和二倍化进程, 被认为是植物进化的重要推动力量。DNA甲基化与miRNA的表观遗传调控机制在植物生长发育及进化过程中起着重要的作用。本文采用MSAP (甲基化敏感扩增多态性)技术分析同一双胚苗水稻来源的单倍体、二倍体及其杂交F₁的基因组DNA 5'-CCGG位点胞嘧啶的甲基化及遗传特点。对部分甲基化位点进行切胶、回收、测序及功能注释, 并结合miRNA靶基因预测探讨特定甲基化位点的遗传特点及其与miRNA的相关性。16对选择性扩增引物在双亲及杂交F₁中共检测了462个DNA甲基化位点, 杂交F₁甲基化水平平均为43.20%, 与双亲相差不大(单倍体为46.75%, 二倍体为41.99%)。以TargetFinder软件分析发现其中的7个甲基化位点基因序列上存在1~4个miRNA的结合位点, 这些基因的功能注释包括逆转录转座子蛋白、ras相关蛋白、H2A/H2B/H3/H4核心组蛋白等。同时, 探讨了逆转录转座子在植物进化中的作用。研究结果为进一步阐明水稻基因组倍增过程中DNA甲基化与miRNA的关系提供了参考。     

棉花愈伤组织分化过程中的DNA甲基化分析

DNA甲基化是表观遗传修饰的途径之一,在维持生物基因组稳定性与调控基因转录和表达中起着重要作用。为明确棉花愈伤组织分化过程中基因组DNA的甲基化变异模式以及甲基化图谱,本研究利用全基因组亚硫酸盐测序(WGBS)技术对棉花愈伤组织分化(非胚性与胚性)过程中的DNA甲基化模式进行了全面比较。全基因组DNA甲基化分析表明,在棉花愈伤组织分化过程中非胚性愈伤组织的mCG与m CHG所占比率高于胚性愈伤组织,而不对称m CHH的比率则低于胚性愈伤组织;非胚性愈伤组织的mCG、m CHG、mCHH及mC的平均甲基化水平均低于胚性愈伤组织。基因组甲基化区域分析表明,棉花愈伤组织分化过程中基因间、启动子和基因下游(转录终止位点下游2 kb)的甲基化水平较高,同时胚性愈伤组织的基因间、启动子及基因下游的平均甲基化水平均高于非胚性愈伤组织。因此,本研究分析了棉花愈伤组织全基因组DNA甲基化水平,为进一步研究棉花体细胞胚胎发生的表观遗传机制提供了依据。     

绿色棉纤维发育过程中DNA表观遗传变化的甲基化敏感扩增多态性分析

【目的】分析绿色棉纤维发育过程中DNA甲基化状态差异。【方法】利用2组限制性内切酶Eco RⅠ/HpaⅡ和Eco RⅠ/MspⅠ对绿絮棉1号纤维基因组甲基化位点进行识别和切割,并采用甲基化敏感扩增多态性引物对切割产物进行扩增,分析基因组内5'-CCGG-3'位点的甲基化状态;同时对扩增的差异片段进行测序,分析其生物学功能。【结果】66对甲基化敏感扩增多态性引物共扩增出4112个条带;平均每个样品共扩增出822.4个带型,平均每对引物扩增出12.46个片段。随着绿色棉纤维的发育,甲基化条带总数、甲基化条带比率、全甲基化条带百分比均逐渐升高;其中,开花后10、15、20和25 d时甲基化条带总数分别比开花后5 d时增加11.45%,13.86%,20.10%和33.13%。与开花后5 d相比,开花后10、15、20和25 d时纤维DNA发生甲基化变化位点的比例分别为3.15%,3.43%,3.65%和2.52%;而去甲基化位点的比例分别为12.87%,14.72%,13.31%和48.81%。通过测序和Blast分析表明,17个片段与已知的功能基因同源性较高,包括棉花线粒体基因组、丝氨酸蛋白酶基因和酯酶基因,且这些基因均在开花后25 d发生去甲基化。【结论】绿色棉纤维发育过程中DNA发生了甲基化与去甲基化现象。     

马铃薯不同株系之间的DNA甲基化变异研究

为探究马铃薯不同株系之间DNA甲基化变异情况,利用甲基化敏感扩增多态性(MSAP)技术对来源于同一马铃薯品种的3个株系进行分析。结果表明:筛选出6对引物组合,3个株系(3-4,17-1,9)MSAP比率分别为31.7%,38.1%和36.4%,全甲基化率分别为19.2%,23.7%和21.5%。株系之间的甲基化变化模式包括甲基化和去甲基化变异。在甲基化变化类型中,偏向于产生由全甲基化到过甲基化的变化;而在去甲基化变化类型中,偏向于由全甲基化到无甲基化和由过甲基化到无甲基化。研究结果证实不同马铃薯株系之间DNA甲基化变化存在差异,为马铃薯新株系选育提供理论依据。     

逆境胁迫下植物 DNA甲基化及其在抗旱育种中的研究进展

DNA甲基化作为一种重要的表观遗传现象,通过多种甲基转移酶的作用,能够在不改变DNA序列的情况下调节植物基因组的功能。此外,DNA甲基化能够对多种环境刺激做出迅速的反应,帮助植物应对不同的环境胁迫。由于DNA甲基化的变异可以遗传给后代,这种类似于经典遗传学的特性使其为植物育种中的应用提供了可能。对植物DNA甲基化的特点和变异的发生以及DNA甲基化在植物多种逆境胁迫下的研究进展等方面进行了总结和综述,并探讨了DNA甲基化在植物抗旱性育种中的应用前景。在将来的研究中可利用DNA甲基化/去甲基化抑制剂处理创造突变材料,创造抗旱性新种质;同时深入开展植物DNA甲基化与抗旱机制研究,开发新型甲基化分子标记用于抗旱分子育种实践。     

西瓜ClMTB基因特征及其应答CGMMV侵染的表达分析

N~6-甲基腺苷(N~6-methyladenosine,m~6A)修饰是真核生物体内最重要的甲基化修饰,由甲基转移酶、去甲基化酶和结合蛋白调控。m~6A修饰在植物生长发育和逆境调控中发挥十分重要的作用,但是相关研究却主要集中在一些模式植物中。本研究通过生物信息学等手段从西瓜中鉴定得到了一条m~6A甲基转移酶编码基因ClMTB,并对其基因和蛋白特征、进化、时空表达特征等方面进行了分析。另外,研究还通过ClMTB注射烟草瞬时表达对其亚细胞定位进行分析,并对ClMTB瞬时过量表达后烟草中的m~6A总体水平进行了检测,发现瞬时过量表达ClMTB能够使烟草叶片内的m~6A修饰水平显著升高,这也初步证实了ClMTB在m~6A甲基修饰过程中发挥重要作用。最后通过荧光定量PCR(qRT-PCR)对其在西瓜应答黄瓜绿斑驳花叶病毒(CGMMV)侵染的表达特征进行了研究。本研究首次在西瓜中鉴定和分析了m~6A甲基转移酶并对其CGMMV响应特征进行了研究,为后续西瓜m~6A修饰的功能和调控机理研究提供了科学依据。     

Seed development-related expression of ARGONAUTE4_9 class of genes in barley: possible role in seed dormancy

Resistance to pre-harvest sprouting is an important breeding objective for cereal crops like barley and wheat. Seed dormancy, which determines the resistance or susceptibility to pre-harvest sprouting (PHS), is a complex trait. It is largely controlled by the antagonistic action of the plant hormones abscisic acid and gibberellic acid, but also has a large component of genotype?×?environment interaction. Recent studies have revealed a role for epigenetic changes through histone modification in controlling seed dormancy. However, the role of DNA methylation in seed development and dormancy is not known. In this study, we explored the role of ARGONAUTE4_9 class genes of the DNA methylation pathway in seed development and dormancy in barley. Our results show that the two AGO4_9 class genes in barley, i.e. AGO1002 and AGO1003, are preferentially expressed in ovaries at meiosis and in embryos 25?days after pollination (DAP). The expression of AGO1003 is two to fivefold higher than that of AGO1002 in these tissues, demonstrating differential expression of these genes. We also analysed the expression of AGO1003 in embryos of PHS-resistant and -susceptible varieties at 25?DAP and found a significant variation in the expression of this gene in seeds of dormant and non-dormant lines. The observed expression pattern of AGO1002 and AGO1003 suggests a possible role in sporogenesis and post-fertilization seed development. Indirectly these results imply a potential role of DNA methylation in seed development and seed dormancy.     

Genetic analysis of resistance to green leafhopper, Nephotettix virescens (Distant), in three varieties of rice

The genetics of resistance to green leafhopper, Nephotettix virescens (Distant), in rice varieties ‘IR36’ and ‘Maddai Karuppan’ and breeding line ‘IR20965‐11‐3‐3’ was studied. The reactions of F₁ hybrids, F₂ populations and F₃ lines from the crosses of test varieties with the susceptible variety ‘TN1’ revealed that resistance in ‘IR36’ and ‘Maddai Karuppan’, is governed by single recessive genes while resistance in ‘IR20965‐11‐3‐3’ is controlled by a single dominant gene. Allele tests with the known genes for resistance to green leafhopper revealed that the recessive gene of ‘IR36’ is different from and inherited independently of Glh1, Glh2, Glh3, Glh4, Glh5, Glh8 and Glh9t. This gene is designated as glh10t. The recessive gene of ‘Maddai Karuppan’ and the dominant gene of ‘IR20965‐11‐3‐3’ are also non‐allelic to Glh1, Glh2, Glh3, Glh4, Glh5 and Glh8t. Thus, the dominant gene of IR20965‐11‐3‐3 is designated as Glh11t. The allelic relationships of the recessive gene of ‘Maddai Karuppan’ with glh8 and glh10t should be investigated.     

羽衣甘蓝自交不亲和与自交亲和系种子萌发期DNA甲基化的动态变化

自交不亲和系植株的种子往往出现退化现象,为了研究种子的退化现象是否与甲基化相关,因此本文采用甲基化敏感扩增多态性(methylation sensitive amplification polymorphism, MSAP)技术,以羽衣甘蓝自交不亲和系9^#种子、自交亲和系14^#种子为研究对象,对其生长发育过程种子基因组DNA甲基化水平变化情况进行研究。采用改良的CTAB法提取种子萌发不同时期DNA,然后通过MSAP分析、统计扩增条带,比较二者之间的差异。对9^#种子DNA甲基化状态分析表明,萌发前期(0~2 d)发生甲基化位点数目持续增多,但萌发后期(2~8 d)发生去甲基化的数目大量增加,整个萌发期去甲基化位点数目是甲基化位点数目的11倍,说明9^#种子萌发过程中DNA甲基化修饰是基因表达的重要调控方式之一;在相同发育时期,9^#在总甲基化、全甲基化、半甲基化水平上均不同程度高于14^#。随着种子的萌发,9^#全甲基化水平明显上升,半甲基化水平几乎不变,而14^#变化趋势与9^#相反,半甲基化水平明显上升,全甲基化水平几乎不变.     

Identification of QTLs for powdery mildew and scald resistance in barley

A population of 103 recombinant inbred lines (RILs, F₉-derived lines) developed from the two-row spring barley cross L94 × ‘Vada’ was evaluated under field conditions for resistance against powdery mildew (Blumeria graminis f.sp. hordei) and scald (Rhynchosporium secalis). Apart from the major resistance gene mlo on chromosome 4 (4H), three QTLs (Rbgq1, Rbgq2 and Rbgq3) for resistance against powdery mildew were detected on chromosomes 2 (2H), 3 (3H), and 7 (5H), respectively. Rbgq1 and Rbgq2 have not been reported before, and did not map to a chromosome region where a major gene for powdery mildew had been reported. Four QTLs (Rrsq1, Rrsq2, Rrsq3 and Rrsq4) for resistance against scald were detected on chromosomes 3 (3H), 4 (4H) and 6 (6H). All four mapped to places where QTLs for scald resistance had been reported before in different populations.     

国内外烤烟品种农艺性状的遗传多样性及与SRAP标记的关联分析

选取258份国内外烤烟品种,在2个试验点调查13个农艺性状,利用16对引物组合获得的597个SRAP标记进行分子遗传多样性和群体结构分析,选取适宜的模型进行农艺性状与SRAP标记间关联分析。结果表明,参试品种表型和基因型变异丰富,国内品种的遗传多样性低于国外品种。总材料可分为7个亚群,分类结果与材料的地理来源和遗传背景显著相关,国外材料遗传结构相对复杂。通过比较发现MIM_Q+K和MIM_PCA+K为该群体最优的关联分析模型,共检测到18个SRAP标记与6个农艺性状显著关联(–Log P>2, P<0.01),其中me1/em9-16,me1/em9-36,me4/em9-1与株高、me1/em2-14,me7/em5-34与叶片数、me6/em2-6与脚叶宽、me2/em6-15与腰叶长在不同环境下均显著关联。     

植物表观遗传变异

表观遗传变异是一种不涉及DNA序列的改变但可以通过有丝分裂和（或）减数分裂实现代间传递的变异,主要包括组蛋白修饰、DNA甲基化和miRNA。本文分别对植物中这三种变异类型的特征、作用机制、功能及研究方法等进行了综述。其中组蛋白修饰包括乙酰化、甲基化和磷酸化等。不同组蛋白修饰方式之间的相互作用可能对植物细胞内的重要事件起决定作用,如种子的萌发、开花以及对环境的应答等。组蛋白修饰的主要研究方法为ChIP-on-chip和GMAT。DNA甲基化作为基因表达的一种调控机制,在植物生长发育过程中具有重要作用。DNA甲基化程度与基因表达活性之间存在负相关性,DNA甲基化程度越低,基因表达活性越高;反之,则越低。DNA甲基化研究方法主要包括MSAP法、McCOBRA和MS-DBA等;植物miRNA序列在进化上高度保守,主要调控植物形态建成,尤其是花的发育。其研究方法涵盖了miRNA的鉴定、表达分析和功能研究。此外,不同植物表观遗传变异之间相互调控,构成了一个完整的表观遗传调控网络。     

高温胁迫下不同玉米花粉组蛋白Zm-H3基因的克隆及表达分析

为了解组蛋白H 3基因(Zm-H3)在不同耐高温玉米(Zeamays L.)材料中的差异表达情况,以中地88(耐高温)和先玉335(不耐高温)2个玉米品种为材料,在高温条件下取其花粉提取总RNA,再通过mRNA纯化、反转录、文库构建及高通量测序等步骤,克隆了一个玉米组蛋白Zm-H3.生物信息学分析表明,该基因位于玉米第...     

钾代谢相关基因在烟草中的表达

以钾高效基因型K2、K3、K5、K7、K9与常规烤烟品种K326为材料, 采用漂浮育苗、移栽砂培的方法, 利用实时定量PCR调查钾代谢相关基因在烟草叶片中的表达情况, 并测定不同材料的钾吸收动力学参数和钾利用率。结果表明, K2、K7和K9是典型的富钾型, 12个钾代谢相关基因中TORK1和NtTPK1的表达水平相对较高。5个富钾型的钾吸收能力显著强于K326。但它们在高钾环境下钾素吸收能力强而利用率较低, 在低钾环境下钾吸收能力强且利用率相对较高, 尤其是品系K2、K7和K9钾的经济利用率相对较高。