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去甲基化酶基因的全基因组鉴定及表达分析

DNA去甲基化酶(dMTase)是主动去甲基化过程中具有糖基化酶和脱嘌呤裂合酶活性的双功能酶.基于茶树基因组数据,本研究利用生物信息学方法对茶树DNA去甲基化酶(CsdMTase)编码基因进行了全面鉴定和序列分析.全基因组鉴定结果表明,舒茶早基因组中包含4个CsdMTases,系统进化分析将CsdMTases分为DME...     

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。     

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.     

人工老化玉米种子活力指标、生理指标与基因组DNA甲基化变异的研究

以玉米单交种郑单958和先玉335为试验材料,采用老化箱加速种子老化。随着种子老化时间的延长,郑单958和先玉335种子的发芽率、发芽指数、活力指数逐渐降低,老化至8 d,种子活力指标降至极低的水平。过氧化物酶、过氧化氢酶活力逐渐降低,电导率、丙二醛含量逐渐升高。MSAP分子标记扩增出2 750条有效峰值,随老化时间的延长,郑单958的CG甲基化水平呈现出逐渐降低的趋势,先玉335的CG甲基化水平逐渐升高。基因组DNA的CHG与CHG+CG甲基化水平变化不规律,郑单958基因组DNA的CHG和CG+CHG甲基化均高于对照,先玉335基因组DNA的CHG甲基化均低于对照。郑单958和先玉335的DNA发生甲基化模式变异,郑单958 DNA的CG去甲基化模式变异高于超甲基化,先玉335DNA的CG去甲基化模式变异低于超甲基化。相关性分析表明,种子的活力指标、生理指标与基因组DNA的CG甲基化相关系数较高。     

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。     

产EPA海洋细菌Shewanella baltica 6-42全基因组测序及比较基因组分析

新近发现来源于北极的海洋细菌Shewanella baltica 6-42在低温条件下合成超长链多不饱和脂肪酸二十碳五烯酸(eicosapentaenoic acid C20∶5,EPA)。为了进一步探讨EPA合成调控机理,本研究通过第三代高通量测序技术对S.baltica 6-42菌株进行全基因组测序,得到高质量且无间断的总长度为5.15 Mb的全基因组序列信息。分析表明全基因组的GC含量为46.17%,预测编码基因有4 597个,共有2 577个基因具有明确的生物学功能,其中348个基因参与环境适应性调节,60个基因参与油脂代谢途径。全基因组存在64 053个甲基化修饰位点,且甲基化修饰类型主要是m6A和少量的m4C。根据同源序列比对,解析了该菌株中参与EPA合成的聚酮合酶(polyketide synthase,PKS)途径5个关键基因及调控因子。同时对脂肪酸合成途径的其他关键基因和次级代谢产物合成基因簇进行了预测。根据已报道的另两株不同亚种S.baltica OS155和S.baltica OS678的基因组信息进行全基因组关联比较分析,结果显示三株细菌都保存有参与合成EPA的PKS基因簇,但其他功能基因的进化差异较大。本研究结果为S.baltica 6-42 EPA合成关键基因以及其他功能基因的挖掘和应用提供数据支持。     

Kr1基因在小麦×玉米远缘杂交中的表达及甲基化变异

Kr1基因是小麦远缘杂交不亲和主效基因,为了解其表达及调控机制,本研究系统比较了小麦自花授粉和小麦×玉米远缘杂交两个过程中Kr1基因的表达差异,同时分析了这两个过程中Kr1基因部分序列的DNA甲基化状态。结果表明,Kr1基因在小麦自花授粉过程中始终处于低量表达或不表达状态,而在小麦×玉米远缘杂交过程中的表达呈动态变化,具体表现为授粉前低量表达,授粉后迅速大量表达,24h后又恢复为低量表达,高峰表达时期在外源花粉授入后0.5~2h左右。DNA甲基化分析显示,小麦自花授粉前后Kr1基因一直处于较高水平的甲基化状态,分别为58%和62%;而在授以玉米花粉后,Kr1基因迅速去甲基化,在0.5h内降到12%,在其后的1、2、24h内一直维持在10%~12%的低甲基化水平,表明DNA甲基化修饰参与了Kr1基因在小麦×玉米远缘杂交中的表达调控。     

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。     

干旱胁迫下甘蓝型油菜全基因组DNA甲基化分析

为实现油菜抗旱稳产，了解甘蓝型油菜DNA甲基化及其在干旱胁迫应答过程中可能起到的作用，分别以 抗旱和干旱敏感油菜品系为材料，利用扩增片段单核苷酸多态性和甲基化检测技术（AFSM）对其在干旱和复水处 理下的叶和根组织进行全基因组DNA甲基化分析。结果发现：两个材料在三个处理条件下共鉴定到22 157个甲基 化位点，以5mCCGG全甲基化位点为主，主要发生在基因的编码区，其次是启动子区。干旱胁迫诱导油菜全基因组 DNA甲基化水平的变化，不同材料组织之间存在差异。干旱胁迫诱导叶组织整体甲基化水平升高，根组织差异不 明显；复水处理导致叶组织整体甲基化水平下降，根组织的甲基化水平在两个材料间存在差异。差异甲基化位点 的基因主要参与光合作用，类囊体、核糖体、质体和核膜等细胞组成，转运及转运蛋白活性等分子生物学功能。     

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。     

龙眼体细胞胚胎发生早期SDG基因家族的全基因组鉴定与表达分析

SET domain group（SDG）基因家族控制的组蛋白赖氨酸甲基化,是参与染色质功能调控和表观遗传调控基因表达的重要部分。为了解龙眼（DlSDG）家族的生物学功能,采用生物信息学分析方法进行龙眼全基因组SDG家族成员的鉴定,并对蛋白质结构域、保守基序、基因结构、启动子顺势作用元件、进化树、相关基因的蛋白互作和体胚发生早期的基因表达情况进行预测和分析。结果显示,龙眼SDG家族基因包括32个成员,分为Suv、Ash、ATXR5/ATXR6、Trx、E(z)、SMYD和SETD 7个亚家族,其中Suv亚族成员数量最多;外显子数量在1~22个不等,蛋白结构域保守,都含有一个SET结构域,DlSDG蛋白保守motif不同亚家族间差异较大;DlSDG启动子包含许多诸如低温、干旱和压力等非生物胁迫响应元件和激素响应元件;龙眼SDG成员在体胚发生早期均能不同程度表达,其中DlSUVR4b在EC和ICpEC阶段可能发挥着较为重要的作用;DlSUVH4可以和DNA甲基转移酶MET1发生互作。本研究表明,龙眼DlSDG 32个组蛋白赖氨酸甲基转移酶基因可能除了在生物钟的调节、植物发枝数量、根的生长发育、种子的萌发、花的发育和植株的形态建成等方面发挥重要功能外,也可能直接参与胁迫响应和体细胞胚胎发生的调控,并且还可能在参与DNA甲基化、染色质重塑的过程中形成体细胞胚胎发生的协作调控网络,表现其具有功能上的多样性、复杂性。     

低温条件下小麦叶绿体基因启动子甲基化的变化

为建立小麦叶绿体基因启动子甲基化的检测体系,检测低温胁迫下小麦叶绿体编码基因甲基化的变化规律并分析叶绿体编码基因表达的调控模式,以低温敏感型小麦返白系及其对照矮变1号为材料,选取4个在低温条件下两个材料间表达有差异的叶绿体基因petN、trnC、petD和rrn16S,通过亚硫酸盐测序法(BSP-seq)分别测定低温处理后这些基因(TaMET1,TaDRM和TaCMT)启动子的甲基化率,并用qPCR的方法对这4个基因以及预测定位于叶绿体的三个DNA甲基转移酶基因进行表达量检测。结果显示,叶绿体基因组总的甲基化水平在低温条件下持续增加,基因间启动子甲基化水平变化并不完全一致,基因型之间也略有差异。4个基因的表达量与甲基化水平的相关性不同,petN的表达对甲基化比较敏感,低温诱导甲基化率增加,基因的表达量则下调,但其余3个基因的表达与甲基化率的变化无直接相关性。返白系中三个DNA甲基转移酶基因的表达在低温条件下都呈上调趋势,但矮变1号中的TaMET1与TaCMT基因表达下调。结果为深入研究低温下小麦叶绿体基因甲基化的变化规律及其对叶绿体基因的调控机理奠定了基础。     

辣椒基因组中XTH基因家族的鉴定与表达特征分析

为全面了解木葡聚糖内转糖苷酶/水解酶(xyloglucan endotransglucosylase/hydrolase,XTH)基因在辣椒基因组中的特征,利用生物信息学方法鉴定出了所有辣椒XTH基因家族成员,并对基因的结构、染色体定位、系统进化关系和保守结构域等进行了预测,同时基于转录组数据集分析了XTH基因在辣椒不同器官、不同发育时期果实中的表达特征。结果表明,辣椒XTH家族包含23个基因成员,不均衡分布在除10号染色体外的其余11条染色体上;23个基因包含1~5个不等的内含子;系统进化分析表明,辣椒XTH蛋白可分为3个亚家族;基因表达特征分析显示,大多数辣椒XTH的表达具有组织特异性,CaXTH2、CaXTH21、CaXTH13和CaXTH23极有可能与辣椒果实的膨大与成熟相关。本研究为深入了解辣椒XTH基因的功能奠定了基础。     

小麦细胞色素P450(TaP450)基因的克隆与序列分析

细胞色素P450是一种多功能氧化酶,在植物体内担当着生物合成、代谢解毒以及抗逆等重要功能。本研究采用RACE方法从普通小麦中同源克隆到一个新的P450基因,命名为TaP450(Genbank No.KJ541960)。该基因基因组序列全长为2 643bp,含有2个外显子和1个内含子,cDNA全长为2 033bp,含有一个1 557bp的开放读码框,推导蛋白含518个氨基酸;序列分析发现其具有保守的P450结构域,但该蛋白与已报道的小麦P450蛋白序列有较大差异,表明它是小麦P450家族的新成员;蛋白结构特征分析发现,该蛋白的分子量为57.092kD,等电点为8.63,N端具有一个含29个氨基酸的跨膜结构和一个含22个氨基酸的信号肽,亚细胞定位分析表明该蛋白属于分泌蛋白。其在小麦叶片、茎、根与种子中均有表达,但在叶片和茎中表达量最高;在胁迫处理下,该基因的表达量均上调,且在盐胁迫处理下上调尤为显著,表明该基因与盐胁迫密切相关。     

水稻叶片中活性甲基循环、转移相关基因对干旱胁迫的应答

 以中旱3号、汕优63和矮仔占为材料,在10% PEG6000模拟干旱条件下,分别应用基因芯片和mRNA 差异显示技术检测了不同基因型水稻叶片中活性甲基循环、转移相关基因表达对干旱胁迫的应答。中旱3号和汕优63叶片中活性甲基循环过程受干旱胁迫诱导,而矮仔占叶片中这一过程受到干旱胁迫的抑制;干旱胁迫诱导中旱3号叶片中更多甲基转移酶基因的表达,尤其是对Rubisco蛋白甲基化修饰基因转录的诱导,有利于防止Rubisco蛋白的氧化降解;干旱胁迫抑制矮仔占叶片中DNA甲基转移酶、组蛋白甲基转移酶基因的转录。这一结果证明水稻中甲基循环、转移基因的表达在水稻耐旱中有一定的作用。
     

蓖麻DNA糖基化酶的序列与基因表达分析

为揭示DNA糖基化酶在调节蓖麻生长发育和影响基因印记过程中的分子机理,本研究基于蓖麻全基因组、利用生物信息学的方法结合转录组数据和RT-PCR半定量表达分析,鉴别蓖麻DNA糖基化酶氨基酸序列的结构特征、系统发生和表达形式。结果显示：三种（DME、ROS和DML）DNA糖基化酶氨基酸均为不稳定氨基酸,具有典型的与DNA结合和碱基切除修复有关的保守结构域;系统进化分析发现三种DNA糖基化酶在植物中同源性强,而且是独立演化的结果;在不同组织的表达上,蓖麻的DME和ROS基因具有相似的表达形式,即在根、茎和叶中不表达,在胚乳中表达最高,而DML在各个组织中都未检测到基因的表达。     

胡椒 PnNPR2 基因的克隆

基于胡椒转录组数据库,筛选胡椒病程相关基因非表达子基因的 EST 序列,设计引物,运用 RACE 法克隆得 到 1 个 NPR 基因,命名为 PnNPR2;该基因全长 2 260 bp,开放阅读框 1 722 bp,编码 573 个氨基酸;开放读码框含有 BTB/POT 结构域、ANK 锚蛋白重复序列、DUF 和 NPR1-like C 4 个结构域,具有植物 NPR1 所共有的保守结构域,并 将 PnNPR2 基因插入 pCAMBIA1300-35S-sGFP 超表达载体中。本研究结果为 PnNPR2 的功能研究奠定基础。