DNA甲基化在植物抗逆反应中的研究进展及其育种应用

DNA甲基化指通过对基因组DNA上的胞嘧啶的共价修饰,从而对生物遗传信息进行表观遗传水平上的调控,其在植物应对外界环境胁迫、调控基因的表达、稳定基因组等方面发挥重要作用。综述了DNA甲基化在植物抗逆反应中功能研究的最新进展及DNA甲基化的隔代遗传以及其在植物育种中的潜在应用,为从表观遗传水平上研究植物抗逆性的机理以及DNA甲基化在育种上的应用提供理论参考。     

植物DNA甲基化与表观遗传

非DNA序列遗传信息的传递称为表观遗传,它不涉及基因序列的改变,不符合孟德尔式的遗传方式。其中DNA甲基化是一种重要的表观遗传修饰方式,是调节基因组功能的重要手段。简要论述了植物DNA甲基转移酶、甲基化方式、发生位置及DNA甲基化所引起的表观遗传现象。     

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。     

浅谈DNA甲基化的分析技术

肿瘤发生、发展的生物学本质是细胞内遗传调控和表观遗传调控的紊乱,人类基因组计划的完成和人类表观基因组计划的实施将表观遗传学的研究推向了新的高度,DNA甲基化作为表观遗传调控的重要分子基础更是成为新的研究热点。伴随着甲基化研究的深入．DNA甲基化的分析技术也不断推陈出新．这些新技术的出现极大地提高了肿瘤甲基化研究的效率和深度。     

基于机器学习方法的拟南芥基因组DNA复制时间预测研究

【目的】基于机器学习方法,构建拟南芥基因组DNA复制时间分类器,探究与复制时间相关的表观遗传修饰,为进一步研究DNA复制时间的表观遗传调控机制提供参考。【方法】收集拟南芥全基因组的DNA复制时间数据和多种DNA表观遗传修饰特征(ChIP-Seq)数据,以及染色质开放状态(DNase-Seq)数据,先通过t-SNE初步对DNA表观遗传修饰特征数据降维来衡量DNA复制早晚的可预测性,并利用皮尔逊相关系数计算了多种DNA表观遗传特征与DNA复制时间信号两两之间的相关性,再通过构建随机森林、多类别逻辑回归和支持向量机3种分类器对DNA复制时间进行建模分析,以十折交叉验证和ROC曲线下的面积(AUC)为衡量指标,用80%的数据建模,20%的数据对模型效果进行验证。【结果】3种分类器对DNA复制时间都具有良好的预测能力,平均AUC均达0.8以上。DNA复制早期信号与RNA聚合酶Ⅱ结合信号以及染色质开放状态信号等呈正相关,而复制晚期信号则与其呈负相关。其中H3.1、H3.3、H2AW、H4K16ac、H3K36me3、H3K4me3均可能与DNA复制时间存在密切关系。【结论】拟南芥基因组DNA复制时间可以通过表观遗传修饰进行准确预测,其中对DNA复制晚期的预测最为准确;并发现了与DNA复制时间关系密切的组蛋白变体及表观遗传修饰。     

转座子沉默与DNA甲基化

转座子(transposable elements,TEs)在生物体基因组可以通过转座或逆转座移动,它拷贝数的大规模增加是基因组不稳定的重要因素,因此,维持TEs沉默是宿主进化的方向。DNA甲基化被认为是沉默TEs的可遗传表观遗传修饰方式,同时也在维持基因组稳定、基因印迹、调节基因表达中发挥作用。本研究综述了TEs对生物基因组进化和基因表达的影响,重点总结了以DNA甲基化为主的转座子沉默机制的最新研究进展,归纳了环境因素通过DNA去甲基化调控转座子跳跃的机理。图4参82     

表观遗传因素对哺乳动物胚胎发育的影响

哺乳动物核移植技术作为发育生物学的重要研究方法,在农业、医药、动物保护等方面具有巨大潜力.核移植的低成功率一直是其发展的瓶颈,而体细胞核在卵母细胞中的重编程效率低下是造成该瓶颈的重要诱因.DNA甲基化作为支配基因正常表达的表观遗传修饰方式,是调节基因组功能的重要手段,在胚胎正常发育过程中具有显著调节基因组功能的作用.本研究论述了DNA甲基化、基因印记、microRNA、X染色体失活等因素对哺乳动物胚胎发育中基因调控的影响.     

植物DNA甲基化研究进展

DNA甲基化是一种重要的表观遗传修饰,能够有效调控基因组稳定性。为了了解DNA甲基化对植物生长发育的影响,本文归纳了近年来植物DNA甲基化的模式,总结了植物DNA甲基化的生物学功能,概括了DNA甲基化的研究方法,最后总结了植物DNA甲基化研究中存在的问题,并指明了研究方向,为后续植物基因组研究提供理论依据。     

植物DNA甲基化的研究进展

DNA甲基化是重要的表观遗传修饰之一,在植物的生长发育过程中起着重要的调节作用。文章主要对DNA甲基化的作用机理及特征、表观遗传作用、检测方法和在植物育种中的应用进行了综述。     

DNA甲基化在植物生长发育中的作用

DNA甲基化是植物体细胞基因组中一种常见的DNA共价修饰方式。在植物的正常生长发育中,DNA甲基化与外来基因的防御、内源基因表达的调节及转基因沉默等之间有着极大的关系。     

植物体与植物体细胞无性系发育中的DNA甲基化及其表达调控研究进展

从DNA甲基化与基因表达调控模式、DNA甲基化形式、植物发育中DNA甲基化调控、体细胞无性系发育中的DNA甲基化等方面,阐述DNA甲基化在植物体与植物体细胞无性系发育中的相关机制,评述植物体与植物体细胞无性系发育、繁殖等的相关分子机制及表观遗传机制。     

植物DNA甲基化与转基因沉默

DNA甲基化是表观遗传修饰的重要形式之一,植物DNA甲基化及其引起的转基因沉默现象的研究对植物基因工程领域的发展有着举足轻重的作用。介绍了植物DNA甲基化作用机理及其过程中至关重要的3种胞嘧啶甲基转移酶：MET1甲基转移酶家族、染色质甲基化酶（CMT）和结构域重排甲基转移酶（DRM）,并阐述了植物DNA甲基化的相关机制,包括RNA介导的DNA甲基化（RdMD）、组蛋白修饰与DNA甲基化和DNA去甲基化。通过分析植物转基因沉默现象与DNA甲基化的关系,提出了克服由DNA甲基化引起的转基因沉默的相关对策。     

蓖麻DNA甲基转移酶序列与基因表达分析

植物DNA甲基化是与调控基因表达、保护基因组免受逆境胁迫等相关的表观遗传现象,其中关键酶DNA甲基转移酶催化DNA序列维持甲基化和从头甲基化。本研究基于蓖麻全基因组、利用生物信息学分析方法、结合转录组数据和RT-PCR半定量表达分析,鉴别出蓖麻DNA甲基转移酶氨基酸序列的结构特征、系统发生和表达形式。结果如下：通过同源序列BLAST从蓖麻基因组数据库中获得8个DNA甲基转移酶基因;系统进化分析将8个蛋白分为4个亚家族：2个MET同源蛋白、2个CMT同源蛋白、3个DRM同源蛋白和1个DNMT2同源蛋白,进一步发现DNA甲基转移酶在系统进化上较为保守,分化发生在单双子叶植物分化之后;亚细胞定位分析发现8个DNA甲基转移酶都定位在细胞核中;蛋白结构域比对结果显示8个蛋白的C端催化结构域都有6个保守motif参与甲基化修饰催化功能,表明蛋白具有基本的催化甲基化功能,而N端调节功能域的差异将蛋白分为四类,其中RcDNMT2缺少N端调节结构域;结合转录组数据和RT-PCR半定量表达分析发现蓖麻DNA甲基转移酶基因（除RcDRM2外）在发育胚乳中相对其他检测组织高表达,推测是该时期的胚乳低甲基化诱导甲基化基因高表达。该结果有助于全面了解蓖麻DNA甲基转移酶特征及为从表观遗传深入开展蓖麻品种改良具有重要理论指导作用。     

表观遗传学的分子机制及其研究进展

表观遗传学(epigenetics)是指不涉及DNA序列改变、可以通过有丝分裂和减数分裂进行遗传的基因表达变化的遗传学分支领域。目前研究主要集中在DNA甲基化、组蛋白密码、染色质重塑和非编码RNA调控等方面。副突变、亲代基因印记、性别相关性基因剂量补偿效应和转基因沉默等都是典型的表观遗传现象。相关研究有利于揭示生物生长发育、多倍体植物基因组进化、杂种优势以及人类疾病等许多生命现象的本质。     

表观遗传变异与作物遗传改良

植物天然群体中存在大量遗传变异,这些变异是随机突变和自然选择的结果,也是物种赖以生存和进化的原料.此外,不同植物种间乃至属间的天然远缘杂交是经常发生的事件,也是新种形成的重要方式,而远缘杂交为高度分歧的物种之间的基因交流提供了机会,因此也是产生新的遗传变异的重要途径.近年来的大量研究表明,植物天然群体中还存在一类不基于DNA序列差异的变异,被称为表观遗传变异(epigeneticvariation).植物发生远缘杂交以及此后的多倍体化过程可以产生大量的表观遗传变异,其遗传行为不能用经典遗传规律解释.表观遗传变异的另外一个重要来源是环境中的各种生物和非生物胁迫.研究较深入的表观遗传变异主要是编码基因和转座子DNA甲基化水平和模式的改变,但可以推测与之相关的组蛋白修饰和染色质结构也可能发生变化.目前对此类表观遗传变异的分子机理尚缺乏深入研究,但不难想像可能与各类non-coding RNA有关.这些表观遗传变异的后果是基因表达的大规模改变并由此产生新表型.作物远缘杂交育种实践表明,这些不能用经典遗传学理论解释的变异中蕴含许多在育种上有重要价值的变异并可能与杂种优势密切相关,对它们的产生机理和遗传规律的深入解析将有助于其在作物改良中的有效利用.     

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。