DNA甲基化与基因组印记

综合论述了DNA甲基化与基因组印记的最新研究进展,论述了它们的生物学意义,并阐述了两者的关系.     

DNA甲基化及其生物学功能

DNA甲基化是一种主要的表观遗传修饰,是调节基因表达的重要手段。作者在介绍了DNA甲基化机制、DNA甲基化的模式、DNA甲基化特点的基础上,重点论述了DNA甲基化发育分化、X染色体失活、基因组印记和杂种优势等方面的作用。     

关于昆虫DNA甲基化的研究进展

DNA甲基化作为重要的表观遗传调控现象之一,广泛地存在于原核生物和真核生物中,并且在多种生物学过程中起到非常重要的作用。近年来,随着DNA甲基化研究方法的改进及创新,昆虫DNA甲基化的研究取得了一些新的进展和成果。本文就果蝇和家蚕等昆虫DNA甲基化的特征、研究方法,以及DNA甲基化在昆虫基因组印迹、胚胎发育、衰老、记忆、免疫和进化中的作用等进行简要综述,以期对家蚕等昆虫DNA甲基化的本质及功能理解有所启发。     

早期胚胎DNA甲基化研究进展

DNA甲基化修饰是研究最多的表观遗传修饰之一,在调控基因转录、染色体结构稳定、基因印迹、X染色体失活等方面发挥作用。尽管DNA甲基化是一种稳定的修饰,但其在个体发育进程中是动态变化的。目前,人们对早期胚胎发育中DNA甲基化修饰研究还不全面,随着全基因组DNA甲基化分析技术的进步,其在早期胚胎中的功能也逐渐揭示。作者主要论述了DNA甲基转移酶（DNMTs）的发现及其调控作用和DNA甲基化在早期胚胎中的作用。     

哺乳动物DNA甲基化研究进展

在真核生物基因组中DNA甲基化是一种重要的修饰方式,也是一种重要的表观遗传学机制。通常甲基化发生在胞嘧啶第5个碳原子上,由DNA甲基化转移酶(DNMTs)家族催化形成的。DNA甲基化是一种可逆的过程,并且直接影响到基因的活性。DNA甲基化对于哺乳动物的正常发育起着非常重要的作用,并在很大程度上影响着哺乳动物重要的生物学进程,主要包括转录成分的沉默、基因失活、染色体的完整性和大部分基因的转录调控作用。     

藏猪睾丸DNA甲基化与HIF2α基因mRNA表达水平的相关性

对藏猪睾丸组织基因组DNA甲基化水平与Dnmt3a、HIF2α基因mRNA表达水平的相关性进行研究。以大约克猪为对照,采用荧光法测定藏猪睾丸组织基因组DNA甲基化水平,采用实时荧光定量PCR技术测定DNA甲基化转移酶3a(Dnmt3a)与低氧诱导因子2α(HIF2α)的基因在藏猪睾丸组织中mRNA表达水平。结果显示:藏猪睾丸基因组DNA甲基化水平(0.392 9±0.099 2)%显著低于大约克猪睾丸基因组DNA甲基化水平(0.901 7±0.146 7)%(P<0.05);藏猪睾丸组织中Dnmt3a基因mRNA相对表达量(0.071 6±0.036 6)%显著低于大约克猪睾丸组织中Dnmt3a基因mRNA相对表达量(0.987 8±0.137 0)%(P<0.05);藏猪HIF2α基因mRNA相对表达量(0.158 8±0.066 1)%也显著低于大约克猪HIF2α基因mRNA相对表达量(1.2930±0.0756)%(P<0.05)。通过对藏猪睾丸基因组DNA甲基化水平与该组织中Dnmt3a和HIF2α基因mRNA表达量进行相关性分析,发现存在线性正相关,R2值分别达到0.846 3和0.917 4,这将为藏猪睾丸低氧适应性的DNA甲基化机制及藏猪的分子育种等相关研究奠定基础。     

犏牛雄性不育相关lncRNA的鉴定与分析

旨在分析成年健康牦牛和犏牛(3～4岁)睾丸组织中长链非编码RNA(long non-coding RNA,lncRNA)的表达谱,从而探究lncRNA与犏牛雄性不育机制的关联性,为解释犏牛雄性不育的机理提供理论依据。采集成年(3～4岁)健康牦牛、犏牛各3头的睾丸组织,构建cDNA文库后进行高通量测序,筛选出差异的lncRNA,通过对差异显著的lncRNA与mRNA位置关系以及结合能的判定预测顺式作用(cis)和反式作用(tran)的靶基因,并进行GO、KEGG功能分析。结果表明,共得到牦牛和犏牛候选lncRNA转录本分别为20 363和24 133个,两个文库筛选出6 178个显著差异lncRNA,其中有2 470个在犏牛睾丸组织与牦牛比较上调,3 708个下调。筛选得到差异显著lncRNA的候选靶基因2 676个,这些基因参与58个功能分类,共涉及306条通路;其中主要富集的通路包括轴突指导、内吞、Hedgehog等信号通路。综上表明,部分lncRNA介导的靶基因PTGDS、IGF2、MEST、GLIS3、NOTCH2、HOXA10、HOXA11与犏牛雄性不育相关,lncRNA在犏牛的生殖发育中对其雄性不育具有重要的调控作用。利用RNA-Seq技术筛选出成年牦牛和犏牛睾丸组织lncRNA,并进行差异分析,为探讨犏牛雄性不育的机制提供更完善的转录组数据。     

DNA甲基化与生长抑制研究进展

DNA甲基化作为重要的表观遗传修饰,主要发生在CpG岛,通过DNA甲基化转移酶催化完成。DNA甲基化调控基因表达,在细胞分化、遗传印记和肿瘤的治疗等方面起着重要作用。论文概述了DNA甲基化基本概念,总结了DNA甲基化在生长抑制中的作用机制,包括降低生长相关激素的表达,阻滞细胞周期的进程,诱导细胞凋亡,阻止血管生成及抑制或激活DNA甲基化转移酶的表达和活性,展望了DNA甲基化在揭示人类疾病机制,促生长药物和抗癌药物的研发等方面的发展前景。     

DNA甲基化、组蛋白修饰与基因沉默

DNA甲基化、组蛋白去乙酰化和H3K9甲基化是3种最典型的与染色质凝聚状态有关的共价修饰方式，它们都与基因的沉默存在着联系，近年来的研究主要集中于DNA甲基化与各种组蛋白修饰之间的关系，以及染色质阻遏状态的自身强化循环关系上。组蛋白去乙酰化和H3K9甲基化可能有助于DNA甲基化模式的建立，此外，研究结果还显示CpG甲基化和其它组蛋白修饰存在相互作用。     

犏牛雄性不育研究进展

犏牛是牦牛与普通牛杂交所产后代,在肉乳性能方面具有明显的杂种优势,在高寒牧区占有重要的经济和生态地位。然而犏牛雄性不育,该现象的发生机制一直是牦牛杂交改良中关注的热点。大量研究表明,雄性犏牛睾丸组织发育不良、相关生精基因表达紊乱,同时,DNA甲基化、RNA甲基化和非编码RNA修饰等表观遗传因素在犏牛雄性不育发生过程中起着重要作用。文章从组织学、细胞学、内分泌学和组学等方面总结了犏牛雄性不育机理的研究进展,旨在为解析犏牛雄性不育机制提供技术参考,并为牦牛杂交改良提供研究思路。     

犏牛高效生产新模式的建立

犏牛是牦牛与奶(肉)牛杂交的后代,具有明显的杂种优势,是牦牛育种改良的重要方向之一。由于雄性犏牛不育,杂种优势无法稳定遗传。因此,利用现代繁殖育种技术是解决此问题的关键。本研究利用牦牛屠宰场的卵巢收集卵母细胞,与奶(肉)牛的冻精进行体外受精,将获得的胚胎移植到同期发情的犏牛体内,建立生产犏牛新模式。结果表明,用荷斯坦牛、西门塔尔牛和娟姗牛的冻精与牦牛卵母细胞体外受精,受精率无显著差异(P0.05),但显著高于牦牛种内体外受精(P0.05)。胚胎发育动力学结果表明,犏牛胚胎的体外发育速率显著高于牦牛胚胎(P0.05);雄性犏牛胚胎的发育显著快于雌性胚胎。用孕酮阴道栓、马绒毛膜促性腺激素(eCG)和氯前列腺烯醇(PG)组合的同期发情处理方案,诱导犏牛发情效果较好,发情率显著高于单独使用PG组(P0.05)。获得了全球首批试管犏牛(7头),实现了犏牛生犏牛新模式。获得的试管犏牛体型丰满、生长迅速、1周岁的体质量达160 kg,是同龄牦牛的2倍。综上,本研究建立了一套高效的犏牛体外生产技术体系,充分利用了母犏牛的繁殖性能,为挖掘优秀母犏牛的繁殖潜能和加速扩繁犏牛奠定了基础,对实现少数民族地区牧民增收与生态保护具有重要的意义。     

优质犏牛生产杂交组合试验研究

针对三元杂交优质犏牛生产杂交组合单一,三元杂交后代母犏牛无法持续利用等问题,开展了优质犏牛生产的杂交组合试验研究。通过研究提出了4个新的优质犏牛生产杂交组合:娟姗牛♂(细管冻精)×牦牛♀、西黄♂×牦牛♀、西黄♂×荷黄犏♀、荷黄♂×西黄犏♀;这4个杂交组合获得的后代中,娟犏和西黄犏生长发育、产奶性能都极显著的优于纯种牦牛,研究提出的西黄♂×牦♀繁殖成活率高,杂交后代生长发育快、产奶性能高。持续利用的西黄♂×荷黄犏♀和荷黄♂×西黄犏♀组合繁殖成活率较高,后代生长发育较快,具有明显的杂种优势,可持续利用一代。     

DNA methylation status in tissues of sheep clones

Genomic imprinting and DNA methylation play an important role in mammalian development. Many cloned animals showed heterogeneous DNA methylation profiles. However, there are fewer reports in cloned lambs because of a lack of genomic imprinting information. In this study, we investigated DNA methylation patterns in CpG islands and differentially methylated regions of putative imprinted gene Peg10 and imprinted genes Dlk1, Igf2R and H19 in cloned lambs. Five organs from two cloned lambs died shortly after birth and two normal controls were investigated. We observed normal DNA methylation profiles in cloned lambs. The imprinted genes Dlk1, Igf2R and H19 in livers, kidneys, hearts, muscles and lungs of the two cloned lambs exhibited relatively normal DNA methylation, except for Peg10 showing some differences between controls and cloned lambs. Our results indicate that somatic cell nuclear transfer-produced sheep exhibited relatively normal DNA methylation pattern and experienced normal DNA methylation reprogramming at imprinted loci.     

燕麦隐性核不育cSSR标记的开发及其验证

构建燕麦隐性核不育转录组数据库,开发cSSR标记,丰富燕麦分子标记数据库,并对隐性核不育相关cSSR标记进行验证,为充分利用燕麦种质资源及深入研究隐性核不育奠定基础。对燕麦雄性不育近等基因系CAMS1进行转录组测序,利用软件对得到的EST序列进行SSR位点查找和分析,开发cSSR 引物。并用CAMS1×品燕2号F₂代群体对所开发的雄性不育相关的cSSR引物进行验证。通过转录组测序获得的EST序列中6409条存在SSR位点,736条序列中有2个及2个以上SSR位点;在所有SSR位点中三核苷酸、二核苷酸重复序列最多,分别为4340(56.66%)和1768(24.30%)个。三核苷酸重复中,CCG/CGG(26.68%)、AGG/CTT(21.29%)、AGC/CTG(18.48%)出现的频率较多,二核苷酸重复中,以AG/CT(60.63%)和AC/GT(26.24%)出现的频率较高;根据开发的cSSR设计了13344对cSSR引物,选择与雄性不育相关且能设计引物的21条序列合成45对SSR引物。PCR检测表明,32对引物(71%)有扩增产物,其中11对cSSR引物在亲本间的扩增产物具有多态性,7对引物在可育和不育性状池间存在差异。本研究对燕麦雄性不育近等基因系CAMS1进行了转录组测序,根据得到的EST序列开发了13344对cSSR 引物,并利用CAMS1×品燕2号F₂代群体进行有效性检测,32对引物有扩增产物,7个标记可用于燕麦雄性不育材料的分子检测。     

牦牛与黄牛远缘杂种雄性不育的研究现状及对策

黄牛和牦牛远缘杂交后代雌性不育是生物界种属间遗传隔离的现象之一。本文系统地论述了各个学科对犏牛雄性不育的研究概况，并根据存在的问题提出了研究犏牛雄性不育遗传机理及其克服的可能途径。同时探讨了应用染色体减数分裂联会复合体，染色体标记同工酶和ＤＮＡ多态检测等技术，研究牦牛和黄牛远缘杂交后代雄性不育与可育遗传机理的可能性。     

畜禽DNA甲基化研究进展

基因组甲基化是通过甲基转移酶催化胞嘧啶转化为5-甲基胞嘧啶,是表观遗传学的重要组成部分,对许多生理活动具有重要影响。文中主要从甲基化在畜禽上的研究进展,以及近几年在长链非编码RNA等研究进展,概述DNA甲基化研究的发展。     

体细胞核移植胚胎的DNA甲基化状态

尽管多种体细胞核移植动物已经诞生,但核移植效率很低。目前普遍认为核移植动物胚胎基因组重编程(主要是甲基化)异常是核移植效率低的主要原因。本文主要论述了体细胞核移植胚胎的DNA甲基化状态。     

Epigenetic modulation of DNA methylation by nutrition and its mechanisms in animals

It is well known that phenotype of animals may be modified by the nutritional modulations through epigenetic mechanisms. As a key and central component of epigenetic network, DNA methylation is labile in response to nutritional influences. Alterations in DNA methylation profiles can lead to changes in gene expression, resulting in diverse phenotypes with the potential for decreased growth and health.Here, I reviewed the biological process of DNA methylation that results in the addition of methyl groups to DNA; the possible ways including methyl donors, DNA methyltransferase(DNMT) activity and other cofactors, the critical periods including prenatal, postnatal and dietary transition periods, and tissue specific of epigenetic modulation of DNA methylation by nutrition and its mechanisms in animals.     

肠炎沙门菌感染对鸡盲肠组织DNA甲基化的影响

为探讨肠炎沙门菌感染对鸡盲肠组织甲基化的影响,本研究选用2日龄肠炎沙门菌阴性寿光鸡和SPF白来航为试验材料,用肠炎沙门菌进行接种,接种后第1、3、14和21天采集盲肠组织样品提取DNA,进行甲基化水平检测。结果显示,肠炎沙门菌感染后第3天和第14天,寿光鸡基因组甲基化水平显著降低,感染后不同时间点,对照组和试验组甲基化水平均降低,且第21天对照组甲基化水平显著低于第1、3和14天;感染后各时间点,SPF鸡盲肠组织甲基化水平均低于对照组,但没有达到显著性水平,感染后不同时间点,对照组和试验组的甲基化水平均有所升高。本研究初步揭示了肠炎沙门菌感染抑制盲肠组织全基因组甲基化,这种抑制作用受遗传背景和感染后时间的影响,为今后基因组甲基化在沙门菌感染中的调控机制提供了理论依据。