组蛋白修饰在水稻中的研究进展

作为表观遗传学研究的重要内容,组蛋白修饰在维持真核生物基因组稳定性、基因表达调控和染色质结构等方面发挥重要作用.水稻是重要的粮食作物,也是科学研究的模式植物.近年来研究发现,组蛋白修饰参与了水稻生长发育、胁迫应答、产量以及品质形成等重要生物学性状的调控.因此,明确组蛋白修饰在水稻中的遗传和调控机制对于水稻遗传改良具有重...     

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。     

植物DNA甲基化研究进展

[目的]概述植物DNA甲基化的研究进展。[方法]综述了植物DNA甲基转移酶s、iRNA指导的DNA甲基化过程,阐明了DNA甲基化与其他表观遗传修饰的关系。[结果]DNA甲基化在表观遗传控制体系中起着重要作用,维持着生物进化过程中基因组和表观遗传的稳定性。RNA介导的DNA甲基化作用中s,iRNA起着不可替代的作用,但RdDM和甲基化在基因调控中的作用需要更进一步研究。[结论]全面了解DNA甲基化及其在植物发育和逆境胁迫应答中的作用,可以在转录水平上增强或抑制外源基因和内源基因沉默,便于制定更合理的改良重要转基因作物的策略。     

非生物胁迫诱导拟南芥中防御基因表达的分子机制

以缺水处理、低温胁迫和盐胁迫的拟南芥(Arabidopsis thaliana)植物作为试验材料,采用实时荧光定量多聚核苷酸链式反应(RT-qPCR),检测水杨酸(SA)途径调控基因AtACD6和下游防御基因AtPR5的表达水平。分析结果证实了非生物胁迫处理的植物中这些防御基因的表达水平明显增加。亚硫酸盐测序结果证明非生物胁迫诱导AtACD6基因启动子区域的DNA去甲基化,导致该基因的转录激活。进一步研究证实,沉默抑制因子1(ROS1)介导的DNA去甲基化,在低温诱导AtACD6基因表达的过程中起重要作用。揭示了植物水杨酸途径防御基因应答非生物胁迫相关的分子机制中ROS1起重要作用,为探索植物适应不利环境的表观调控机制提供参考。     

苦瓜α-苦瓜素基因启动子克隆与单倍型分析

为探明α-苦瓜素基因的表达调控规律,从苦瓜种质Y5中克隆了α-苦瓜素基因上游包括起始密码子在内的1 620 bp序列,选取转录起始位点上游1 500 bp序列,利用PlantCARE在线启动子预测工具进行分析。结果表明,α-苦瓜素启动子除了含有TATA-box和CAAT-box等核心元件外,还含有光响应元件、赤霉素响应元件、热胁迫响应元件、干旱应答元件、水杨酸应答元件、茉莉酸应答元件等。以28份苦瓜种质为材料,分析了α-苦瓜素启动子区域SNP和InDel分布情况,共发现24个SNP位点和1个InDel,28份苦瓜种质资源共存在4种单倍型。3个SNP位于转录因子结合位点,可能对α-苦瓜素基因的表达调控有重要作用。     

水稻 OsPIN1b 基因 GFP 融合表达 载体构建及转化水稻的研究

水稻生长素输出载体OsPIN1a可能参与调控水稻根负向光性反应。为了进一步研究其他OsPIN基因与水稻根负向光性的关系,以GenBank数据库报道的OsPIN1b核苷酸序列为基础,设计特异引物以RTPCR从水稻cDNA中扩增得到OsPIN1b基因。测序结果表明获得完整的OsPIN1b基因ORF序列;生物信息学分析表明,OsPIN1b基因序列全长1 665 bp,与已报道的序列相吻合,其GC含量为64.08%,编码554个氨基酸。进一步构建了该基因的GFP融合表达载体pCAMBIA-1301-OsPIN1b∷GFP并转化水稻中花11,分子检测和GUS染色表明外源片段已经成功整合到水稻基因组,为研究OsPIN1b在水稻根负向光性中的作用奠定基础。     

小麦RPD3/HDA1基因家族的全基因组鉴定及其对热胁迫的响应

RPD3/HDA1是组蛋白去乙酰化酶(histone deacetylase,HDACs)家族中最大的亚族,已知的HDAC家族基因在拟南芥、水稻等植物的生长发育和非生物胁迫方面都发挥着重要作用,但小麦中对HDACs的研究却较少。为探究小麦中 RPD3/HDA1家族基因对热胁迫的响应,本试验利用生物信息学方法,从小麦全基因组中鉴定出36个小麦 RPD3/HDA1基因,并对其基因结构、进化关系、顺式作用元件和热胁迫下的表达模式进行分析。结果表明:除3A和4A外,其余小麦染色体均含有该家族基因,其基因结构中外显子和内含子的数目差异明显。该小麦家族基因在不同组织和不同逆境胁迫中存在差异表达, TaHDAC-Ⅱ-3a、 TaHDAC-Ⅱ-3b和 TaHDAC-Ⅱ-3d在叶片中的表达量明显高于其他组织, TaHDAC-Ⅰ-2d、 TaHDAC-Ⅰ-2a和 TaHDAC-Ⅰ-2b在热胁迫后表达量有明显上调。进一步研究发现,不同基因在同一生育时期的热胁迫下响应不同,同一基因在不同生育时期对热胁迫的响应也不同,并且相对于35℃而言,多数基因对42℃胁迫响应更显著。这些结果对寻找小麦 RPD3/HDA1家族候选耐热基因具有重要的参考价值。     

盐胁迫下盐穗木DNA甲基化程度与去甲基化酶基因(Ros1)表达的相关性研究

【目的】甲基化和去甲基化协同调控的DNA甲基化直接影响逆境胁迫相关基因的表达,植物的DNA去甲基化主要由去甲基化酶基因Ros1(Repressor of Silencing 1)介导的碱基切除修复实现。开展盐穗木(Halostachys caspica)DNA甲基化程度与HcRos1表达动态变化的分析,有助于阐明DNA甲基化应答盐胁迫的分子机制。【方法】利用qRT-PCR测定盐胁迫下盐穗木幼苗同化枝和根基因组DNA的甲基化程度,探讨DNA的甲基化程度与去甲基化酶基因HcRos1表达的相关性。【结果】在相同NaCl浓度胁迫不同时间下盐穗木同化枝和根中DNA甲基化程度呈现先升高后降低的趋势,盐穗木同化枝中的DNA甲基化程度大多高于根中的基因组甲基化程度,且均在24 h达到最高DNA甲基化程度。而在不同浓度NaCl胁迫处理24 h时,盐穗木同化枝和根中DNA甲基化程度也是先升高后降低的趋势,盐穗木同化枝中的基因组甲基化程度高于根中的基因组甲基化程度,且多在100 mmol/L达到最高DNA甲基化程度。HcRos1的基因表达量在低浓度NaCl胁迫下变化不大,但在700 mmol/L NaCl胁迫72 h时则显著升高。【结论】HcRos1表达量与DNA甲基化水平呈明显的负相关,盐胁迫能够提高HcRos1的表达,降低基因组DNA的甲基化程度,增强植物的耐盐性。     

拟南芥应答环境变化的表观遗传学调控研究进展

概述了表观遗传学调控在应答反应中的调控作用,介绍了组蛋白变体H2A.Z在拟南芥各种应答反应中所扮演的角色,阐述了组蛋白的甲基化修饰对于拟南芥开花过程调控的重要意义,最后列举了拟南芥其他一些应答反应中的表观遗传学调控机理。     

水稻SUPERNUMERARY BRACT(OsSNB)基因应答非生物胁迫和激素的表达特性

AP2转录因子家族普遍存在于植物中,在调控植物发育过程中起到非常重要的作用。前期研究表明,SUPERNUMERARY BRACT(OsSNB)属于AP2转录因子亚家族成员,含有两个保守的AP2结构域,主要参与调控小穗分生组织向花分生组织的转换以及花器官的发育。利用RAP-DB水稻数据库搜索到基因OsSNB,通过序列分析发现 OsSNB启动子序列中含有GCC-box、ABRE、DRE、WRKY等应答非生物胁迫及激素信号的元件;基因表达分析表明,OsSNB基因的表达受NaCl、干旱胁迫和激素ABA以及乙烯前体ACC的诱导。这些结果表明水稻OsSNB基因可能参与调控逆境胁迫反应,在植物生长发育和非生物胁迫的应答中均具有重要功能。     

拟南芥miR395d基因的克隆和过表达载体构建及其在油菜中的转化

MicroRNAs(miRNAs)是一类内源性长度约为21～24个核苷酸,在基因表达、生长发育、细胞周期及环境胁迫等方面起着重要作用的单链非编码小分子RNA。研究表明:植物miRNAs通过转录后以切割的方式对其靶基因的表达起着负调控作用。miR395的靶基因分别为ATP硫酸化酶和硫转运体SULTR2;1,两者在硫同化及转运中起着重要的作用。为了进一步探究miR395的功能,本研究利用PCR法从拟南芥中克隆了miR395d前体基因,并与pCAMBIA1304载体连接,构建了miR395d前体基因的过量表达载体,通过根癌农杆菌介导法将其转化到甘蓝型油菜特选4号中,目前已获得了转基因植株。     

猪血液和肌肉组织DNA甲基化含量的测定

 摘要: 【目的】通过测定纯种亲本大白猪、长白猪、梅山猪及其正反交大白猪×长白猪、长白猪×大白猪、大白猪×梅山猪和梅山猪×大白猪等杂种猪血液和肌肉组织DNA甲基化含量，分别比较基于不同杂交组合和不同组织，亲本与子代之间在DNA甲基化含量上的差异,为揭示杂种优势的分子机制提供依据。【方法】采用高效液相色谱法测定血液和组织中甲基化含量。【结果】经过测定及计算，163份肌肉组织样平均甲基化含量为16.92%；182份血液样平均甲基化含量为6.49%，两者之间差异达到了极显著水平（p<0.01）。在相同组织不同杂交组合中杂种后代表现不同。同样地，在相同杂交组合不同组织之间杂种后代表现也不尽相同。【结论】杂种甲基化含量升高，可能是利用甲基化关闭了一些影响生长的不利基因的表达。杂种甲基化含量的变化表现为杂交组合和组织特异性。     

大豆硫转运蛋白基因GmSULTR1;2b启动子的克隆及活性分析

【目的】硫转运蛋白（sulfate transporter,SULTR）参与根系对外界环境中硫酸根（SO₄^2-）的吸收与转运。大豆硫转运蛋白基因GmSULTR1;2b在根中特异表达,其功能是将外界的SO₄^2-吸收转运到植物根系中。文章克隆大豆硫转运蛋白GmSULTR1;2b的启动子,研究该启动子的驱动活性和组织表达情况,从而了解GmSULTR1;2b的调控机制,为提高大豆含硫氨基酸含量提供分子依据。【方法】根据NCBI中GmSULTR1;2b的序列,分析预测该基因上游2 259 bp为启动子,并利用在线数据库PLACE和Plant-CARE预测该启动子序列的调控元件。以大豆品种南农N2899的DNA为模板,进行普通PCR扩增,将克隆的启动子序列与GUS连接构建植物重组表达载体pSULTR1;2b∷GUS。利用冻融法将重组质粒转入农杆菌EHA105中,通过农杆菌介导的遗传转化法转化大豆进行瞬时表达,以GUS为报告基因对启动子的活性进行分析。另外,将重组质粒转入发根农杆菌K599中进行大豆毛状根转化试验,借助于GUS报告基因,通过体视镜观察毛状根的横切面,分析启动子在根中的表达情况。最后以转化的阳性毛状根为材料,通过GUS酶活试验（GUS activity）分析启动子的活性。【结果】克隆大豆品种南农N2899的GmSULTR1;2b启动子与NCBI序列基本一致。通过在线预测分析启动子的调控元件发现该启动子具有真核生物启动子必须的核心元件TATA-box外,还含有激素应答元件ERE（乙烯响应元件）、ABRE（脱落酸响应元件）等,胁迫应答元件TC-rich repeats（干旱胁迫以及病虫害胁迫）、AT-rich element（AT-rich的DNA与蛋白结合位点）和MYB等。重组载体pSULTR1;2b∷GUS经PCR和测序鉴定,证实已构建成功。大豆瞬时表达后进行X-gluc染色显示,重组载体侵染的大豆显蓝色,说明GmSULTR1;2b启动子能够驱动下游GUS的表达。对转化的毛状根染色之后,体视镜下观察阳性根的横切面,发现GUS主要在根毛、根表皮和中柱内表达,表明GmSULTR1;2b启动子主要在根毛、根表皮和中柱内表达。对转化毛状根进行GUS酶活试验（GUS activity）说明该启动子的启动活性比CaMV35S启动子的启动活性弱。【结论】克隆了GmSULTR1;2b启动子序列,该启动子具有驱动下游GUS的表达的功能,而且该启动子在根毛、根表皮和中柱内表达。     

二氧化硫胁迫诱导拟南芥NIT2基因DNA甲基化修饰

DNA甲基化是一种重要的表观遗传修饰形式。利用亚硫酸氢盐修饰后测序法和甲基化敏感性限制性内切酶-PCR(MSRE-PCR)法,研究SO2胁迫对拟南芥腈水解酶(NIT2)基因序列中胞嘧啶甲基化状态的影响,分析甲基化特征改变在植物胁迫应答过程中的作用。研究发现,30 mg.m-3的SO2连续熏气3 d后,拟南芥植株地上组织细胞中NIT2基因启动子区域CG和CHH(H为C,A或T)位点甲基化水平下降,总甲基化水平降低,但未检出编码区5′端目的片段中CCGG位点甲基化状态的改变。RT-PCR分析表明,SO2胁迫组拟南芥植株地上组织细胞中NIT2基因的转录水平高于对照组。研究结果表明,SO2胁迫导致拟南芥NIT2基因启动子区甲基化水平降低,NIT2基因转录上调,说明SO2胁迫能诱发拟南芥基因胞嘧啶甲基化水平改变,启动子区甲基化水平的降低可能与防御基因的诱导表达有关,胞嘧啶甲基化修饰参与了植物的抗逆生理过程。     

植物细胞质APX1的研究进展

活性氧(ROS)在植物生长发育和对各种逆境适应过程中扮演双面角色：高浓度下引起氧化损伤、低浓度下发挥第二信使作用,其角色转换取决于其产生和清除之间的平衡状态,并严格受控于体内一套由酶和非酶组分构成的双元抗氧化系统。在抗氧化酶类中,位居细胞质的抗坏血酸过氧化物酶1(APX1)在胞内氧化还原态水平调控中起到关键作用,在ROS清除网络中居于核心地位,已被视作ROS功能的重要杠杆,并因而获得相对最广泛的研究关注。着重介绍了其酶学特性、基因表达和调控、生物学作用及目前主要在植物抗逆基因工程中的应用研究进展,以期为日后植物ROS和抗逆性研究提供有用信息和思路。     

DNA methylation patterns of banana leaves in response to Fusarium oxysporum f. sp. cubense tropical race 4

Fusarium wilt of banana, which is caused by Fusarium oxysporum f. sp. cubense tropical race 4(Foc TR4), is a serious soil-borne fungal disease. Now, the epigenetic molecular pathogenic basis is elusive. In this study, with methylation-sensitive amplification polymorphism(MSAP) technique, DNA methylation was compared between the leaves inoculated with Foc TR4 and the mock-inoculated leaves at different pathogenic stages. With 25 pairs of primers, 1 144 and 1 255 fragments were amplified from the infected and mock-inoculated leaves, respectively. DNA methylation was both changed and the average methylated CCGG sequences were 34.81 and 29.26% for the infected and the mock-inoculated leaves. And DNA hypermethylation and hypomethylation were induced by pathogen infection during all pathogenic stages. Further, 69 polymorphic fragments were sequenced and 29 of them showed sequence similarity to genes with known functions. And RT-PCR results of four genes indicated that their expression patterns were consistent with their methylation patterns. Our results suggest that DNA methylation plays important roles in pathogenic response to Foc TR4 for banana.     

小麦应对Cu2+胁迫的生理响应及ASA-GSH合成酶基因表达

抗坏血酸（ascorbate, ASA）- 谷胱甘肽（glutathione, GSH）在植物响应逆境胁迫过程中发挥了重要作用。为探究ASA-GSH在小麦Cu2+胁迫响应中的作用,以小麦品种‘百农207’为材料,用0.05、0.10、0.50、1.00 mmol·L-1 Cu2+进行处理,检测Cu2+对小麦生长参数、受伤害程度、及非酶促反应相关参数ASA和GSH等生理指标的影响,进而测定ASA-GSH循环相关酶基因抗坏血酸过氧化物酶基因（APX）、抗坏血酸还原酶基因（DHAR）、单脱水抗坏血酸还原酶基因（MDHAR）、谷胱甘肽合成酶基因（GR）的表达量。结果表明,随着Cu ²⁺浓度的升高,小麦的株高、根长、总鲜重和总干重逐渐降低,而丙二醛（MDA）、过氧化氢（H₂O₂）、ASA和GSH的含量则显著升高。APX基因在叶片和根中的表达趋势基本一致,在低浓度下（0.05和0.10 mmol·L^-1）表达量显著下降,高浓度下（0.50和1.00 mmol·L^-1）则显著升高;DHAR和GR基因表达趋势相似,在叶片中低浓度表达量显著升高,高浓度则显著下降,在根中则随着浓度的升高而呈现增加的趋势;MDHAR基因在叶片中的表达和DHAR和GR基因相似,在根中则与APX基因相似;上述结果表明,APX、DHAR、MDHAR、GR在转录水平均受到Cu ²⁺胁迫的诱导。综上,ASA-GSH在小麦响应铜胁迫过程中可能发挥了重要作用,并且这一作用的发挥与ASA和GSH含量的改变以及ASA-GSH循环相关酶基因的差异表达密切相关。     

家蚕DNA甲基转移酶功能预测及其在BmNPV感染下的表达特征

【目的】明确家蚕DNA甲基转移酶基因(BmDNMT)生物信息学基本特征及其在家蚕核型多角体病毒(BmNPV)感染前后的表达情况,揭示DNA甲基化在家蚕抗病毒免疫方面的作用机制,为挖掘家蚕抗病毒标志基因和药物靶标蛋白等提供理论依据。【方法】通过OrthoDB、MultiLoc2、SherLoc2、PSORTII、SMART、SWISS-MODEL及Schr?dinger等在线生物信息学分析软件进行BmDNMT蛋白氨基酸同源比对、系统进化分析、亚细胞定位、功能结构域预测、三级结构同源建模及小分子配体对接口袋预测,并采用实时荧光定量PCR分析BmDNMT基因在家蚕感染BmNPV后不同时间不同组织中的时空表达特征。【结果】BmDNMT基因包含BmDNMT1和BmDNMT2,分别位于家蚕8号染色体和11号染色体上,其推导BmDNMT氨基酸序列均与烟草天蛾DNMT氨基酸序列的亲缘关系最近。BmDNMT1蛋白大量存在于细胞核,少量分布在细胞质;而BmDNMT2蛋白大量存在于细胞质,少量分布在细胞核及线粒体。BmDNMT1蛋白的功能结构域多于BmDNMT2蛋白,二者均含有DNA甲基化酶功能结构域,且具有潜在药物结合口袋。BmNPV感染会影响BmDNMT1和BmDNMT2基因在家蚕不同组织中表达差异,BmNPV感染4 h后这2个基因在家蚕中肠的表达差异已非常明显,说明家蚕DNA甲基化可能在病毒感染早期已发生,且中肠可能是最早响应的组织。BmNPV感染后,BmDNMT1和BmDNMT2基因的相对表达量和表达趋势并不一致。【结论】BmDNMT1和BmDNMT2基因的染色体位置、亚细胞定位及功能结构域等存在差异,BmNPV感染后二者在家蚕不同组组织中的相对表达量和表达趋势也不一致,推测BmDNMT1和BmDNMT2基因在家蚕DNA甲基化过程中行使不同的功能。BmDNMT1和BmDNMT2蛋白三维结构具有潜在的药物结合口袋,可能是直接影响DNA甲基化状态的药物靶标。     

团头鲂形态发育相关基因HoxB1b的克隆及功能研究

脊椎动物Hox族基因是一类重要的生长和发育调控基因,它编码具有螺旋—转角—螺旋结构的转录因子,能与下游靶基因特定区域结合并激活表达,从而调节脊椎动物胚胎发育过程中前后轴的形态建成。利用cDNA末端快速扩增法(RACE)克隆了团头鲂(Megalobrama amblycephala)HoxB1b基因的全长cDNA序列,并研究了该基因的表达模式。结果表明:(1)团头鲂HoxB1b基因cDNA全长为1 479 bp,其中包括一个编码306个氨基酸残基的921 bp阅读框,聚类分析结果表明,该基因与斑马鱼、红鳍东方鲀、青鳉的相似度分别为89%、45%、40%,在脊椎动物中具有一定的保守性;(2)RT-PCR分析结果显示,HoxB1b在团头鲂胚胎发育过程的各时期均有稳定表达,但在成熟卵中未检测到该基因的表达,表明该基因属非母源表达类型。进一步的整胚原位杂交结果显示,HoxB1b在团头鲂不同时期胚胎存在明显的空间表达差异,受精后20 h(20 hours post fertilization,20hpf)胚胎主要在后脑表达,受精后40 h(40hpf)胚胎除了在后脑表达外,在胸鳍也检测到表达;(3)HoxB1b基因在团头...