转座子在基因组和基因进化方面的研究进展

从转座子插入对基因组产生的重组、异位、倒位以及对基因产生的沉默、表达等方面阐述了转座子对基因组和基因进化的重要作用,从转座子在基因中插入位置的不同对基因表达和功能产生的影响进行了综述。     

干旱条件下玉米转座子插入关联的表观调控分析

【目的】干旱是全球范围影响玉米生产的最主要胁迫因素之一。解析抗旱性的遗传基础与分子机制为玉米的抗旱改良提供依据。【方法】利用代表性玉米自交系,以叶片相对含水量和散粉-吐丝间隔为指标开展田间抗旱性精准鉴定。筛选2个抗旱性极端差异的自交系,开展基因组重测序分析和转座子插入鉴定;利用全基因组重亚硫酸盐测序（WGBS）方法分析不同水分处理下叶片和根系组织的DNA甲基化水平;同时利用转录组测序方法对相同样品的基因表达进行分析;通过比较分析获得2个材料间的转座子插入缺失变异、差异甲基化区域和差异表达基因,并综合分析这三者间的相关关系。针对前期克隆的玉米抗旱基因ZCN7,分析该基因区域转座子插入缺失变异介导的DNA甲基化和基因表达变化情况。【结果】在田间干旱处理下,自交系H082183的叶片相对含水量和散粉-吐丝间隔均与正常处理没有显著差异,而旅28在所有试验材料中表现最低的叶片相对含水量和最大的散粉-吐丝间隔。利用H082183和旅28这两个抗旱性极端差异的玉米自交系开展基因组重测序和转座子插入分析,分别检测到333 754和333 296个转座子插入,其中,有89 954个转座子插入在2个自交系...     

植物转座子的研究与应用

转座子是生物界中存在的一类可移动的遗传因子,根据其DNA结构和转座机理的不同,分为两类,即DNA转座子和反转录转座子,它们在植物基因和基因组进化中扮演了一个极其重要的角色。在介绍转座子种类及其特性的基础上,概述了植物转座子的研究和应用方面的进展,分析了植物转座子的应用前景。     

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。     

外遗传分子生物学研究进展

该文综述了外遗传 (Epigenetics)这一新的分子生物学研究领域的提出、发展和最新研究进展 .指出外遗传是DNA碱基序列之外的遗传系统 .阐述了DNA甲基化、RNA介导的基因沉默、基因组印记和组蛋白密码等外遗传相关因素在生物体生长发育过程中对基因表达的重要调控作用 ,以及这些因素与生物体的防御机制和生物遗传信息的传递间存在的密切联系 ,并提出了从外遗传角度探索物种进化和生物适应逆境的新途径 .     

转座子的分类与生物信息学分析

转座子是真核物种基因组的重要组成部分,对宿主的基因结构、基因拷贝数和基因表达都有很大的影响。本文介绍了一个依据转座子复制机制、序列相似性和结构关系的分类系统和命名规则。另外,我们也讨论了转座子的生物信息学分析方法,包括转座子分类、数据库构建以及数量动力学分析。这些标准和方法将促进转座子的比较研究并能更深入地了解转座子的进化信息。     

DNA甲基化对植物生长发育的调控研究

DNA甲基化修饰在表观遗传中占据重要的位置,DNA甲基化会改变启动子调节区域的功能状态,但不会改变胞嘧啶碱基序列。在植物中DNA甲基化发生在C的任何序列上:CG,CHG及CHH(H=A,T或者C)。植物中的DNA甲基转移酶主要分为3类,染色质甲基化酶(CMT)、甲基转移酶I(MET I)和结构域重排甲基转移酶(DRM)。DNA甲基化主要通过调控基因的表达,如植物转座子的沉默,内源基因表达,春化作用,植物防御作用等,进而调节植物的生长发育。     

谷子、水稻与其野生种基因组转座子比较

为探究转座子(Transposable elements, TEs)在谷子、水稻驯化过程中的变异,选取谷子(Setaria italica)、狗尾草(Setaria viridis)、栽培稻(Oryza sativa japonica,Oryza sativa indica)、野生稻(Oryza rufipogon,Oryza nivara)的基因组进行转座子注释,统计分析各类转座子在基因组中的插入数及位置,对调控落粒、分蘖、抽穗期和株高等驯化相关基因进行相似性比对。结果表明：在‘晋谷21’突变体(xiaomi)基因组中插入的转座子数目比狗尾草中多4 865个,‘豫谷1号’基因组中插入的转座子数目比狗尾草中少6 286个,而水稻栽培种基因组中转座子数目及所占比例仅为野生种的1/2。在落粒、米色等驯化相关基因中转座子插入在数目及位置上都存在差异,在谷子落粒基因中,谷子基因存在转座子插入,而狗尾草基因中不存在;在谷子米色相关基因中,狗尾草基因中存在转座子插入,谷子基因中不存在。转座子介导驯化相关基因功能变异,历经较长时间的农业生产将适合栽培的农艺性状稳定了下来。     

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。     

淅川乌骨鸡全基因组转座子的鉴定与分析

【目的】 通过分析淅川乌骨鸡全基因组重测序数据,获取淅川乌骨鸡转座子的基本信息和特征分布,探究转座子相关基因参与的通路。不仅对研究淅川乌骨鸡转座子的生物学功能具有重要的意义,而且为探索基因组扩增、基因组功能及进化研究提供重要基础数据。 【方法】 对淅川乌骨鸡血液DNA进行全基因组重测序,采用双末端短序列比对基因组,运用RepeatModeler、TEclass、RepeatMasker等使用流程对转座子进行鉴定、构建、校正、分类和注释,获得淅川乌骨鸡整个基因组所有的转座子,对转座子的特征、分布及和基因的关系等方面进行分析。并对转座子插入的所有基因进行GO和KEGG数据库富集,分别结合GO和KEGG注释结果对功能进行描述。 【结果】 经鉴定、分类和注释,淅川乌骨鸡共鉴定到370 252个转座子序列,分为19个超家族,主要为CR1、TcMar-Mariner、ERVL、ERV1等超家族,进一步说明淅川乌骨鸡转座子类型主要是逆转录转座子;转座子的数目和染色体长度有关,染色体越长,转座子数目越多。在基因组中转座子和基因的密度成反比,基因密集的区域中转座子密度较低;基因组内转座子的插入并非随机的,LTR/ERVL、LTR/ERV1、DNA/PIF-Harbinger、DNA/Hat-Charlie、RC/Helitron等转座子倾向于插入基因外部。GO富集分析表明,在生物过程条目中鉴定出的转座子富集相对较多的是细胞过程、单生物过程、代谢过程、生物调节、刺激反应等;分子功能条目中鉴定出的转座子富集相对较多的是结合、催化活性等;细胞组分条目中鉴定出的转座子富集相对较多的是细胞部分、细胞器、膜等。KEGG富集分析表明,鉴定出的转座子主要在甘油酯代谢、PPAR信号通路、PI3K-Akt信号通路、胰岛素抵抗、Jak-STAT信号通路等通路。着重关注了与淅川乌骨鸡特性相关的通路,如和色素沉积有关的酪氨酸代谢、和肉品质有关的脂代谢、脂肪酸的合成、PI3K-Akt信号通路等。 【结论】 转座子含量与基因组大小,具有一定的正相关性,而且淅川乌骨鸡转座子在基因组的分布存在一定偏好性。转座子相关基因在色素相关通路中富集,其可能与淅川乌骨鸡的种质特性有关,具体的调控机制还有待进一步研究。     

Dependence of heterochromatic histone H3 methylation patterns on the Arabidopsis gene DDM1

The Arabidopsis gene DDM1 is required to maintain DNA methylation levels and is responsible for transposon and transgene silencing. However, rather than encoding a DNA methyltransferase, DDM1 has similarity to the SWI/SNF family of adenosine triphosphate-dependent chromatin remodeling genes, suggesting an indirect role in DNA methylation. Here we show that DDM1 is also required to maintain histone H3 methylation patterns. In wild-type heterochromatin, transposons and silent genes are associated with histone H3 methylated at lysine 9, whereas known genes are preferentially associated with methylated lysine 4. In ddm1 heterochromatin, DNA methylation is lost, and methylation of lysine 9 is largely replaced by methylation of lysine 4. Because DNA methylation has recently been shown to depend on histone H3 lysine 9 methylation, our results suggest that transposon methylation may be guided by histone H3 methylation in plant genomes. This would account for the epigenetic inheritance of hypomethylated DNA once histone H3 methylation patterns are altered.     

DNA干扰现象及其作用机理研究进展

与体内某一基因相同的DNA序列可特异性抑制细胞内靶标基因的表达,这种现象称之为DNA干扰(DNAi)。DNAi是随着转录后基因沉默现象而在烟草属植物上被发现,之后在一些动植物及其细胞上也被发现。在原核生物中也存在DNAi现象,且原核生物的Ago在体外也能实现DNAi。原核生物DNAi的机理主要是Ago以DNA为向导切割DNA或RNA,而真核生物可能是基因转录后抑制、基因组甲基化和启动子结合的转录抑制等。本文还对DNAi的进一步研究和应用进行了讨论和展望。     

Genome-wide Identification and Analysis of DNA Methyltransferases in Grape

DNA methylation is an important epigenetic regulation mechanism, which is catalyzed by DNA methyltransferases. In this study, eight DNA methyltransferase genes were identified in grape genome to analyze the selective pressure, gene expression and codon usage bias. The results showed grape DNA methyltransferase MET subfamily underwent relatively strong purifying selection during evolution, while chromomethylase CMT subfamily underwent positive selection during evolution. Under different abiotic(heat, drought or cold) stresses, the expression level of many grape DNA methyltransferase genes changed significantly. The expression level of these genes might be related with cis-regulatory elements of their promoters. The results of codon usage bias analysis showed that synonymous codon bias existed in grape DNA methyltransferase gene family, which might be affected by mutation pressure. These results laid a solid foundation for in-depth study of DNA methyltransferases in grape.     

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。     

Three-dimensional structure of the Tn5 synaptic complex transposition intermediate

Genomic evolution has been profoundly influenced by DNA transposition, a process whereby defined DNA segments move freely about the genome. Transposition is mediated by transposases, and similar events are catalyzed by retroviral integrases such as human immunodeficiency virus-1 (HIV-1) integrase. Understanding how these proteins interact with DNA is central to understanding the molecular basis of transposition. We report the three-dimensional structure of prokaryotic Tn5 transposase complexed with Tn5 transposon end DNA determined to 2.3 angstrom resolution. The molecular assembly is dimeric, where each double-stranded DNA molecule is bound by both protein subunits, orienting the transposon ends into the active sites. This structure provides a molecular framework for understanding many aspects of transposition, including the binding of transposon end DNA by one subunit and cleavage by a second, cleavage of two strands of DNA by a single active site via a hairpin intermediate, and strand transfer into target DNA.     

DNA methylation and epigenetic inheritance in plants and filamentous fungi

Plants and filamentous fungi share with mammals enzymes responsible for DNA methylation. In these organisms, DNA methylation is associated with gene silencing and transposon control. However, plants and fungi differ from mammals in the genomic distribution, sequence specificity, and heritability of methylation. We consider the role that transposons play in establishing methylation patterns and the epigenetic consequences of their perturbation.     

Control of genic DNA methylation by a jmjC domain-containing protein in Arabidopsis thaliana

Differential cytosine methylation of repeats and genes is important for coordination of genome stability and proper gene expression. Through genetic screen of mutants showing ectopic cytosine methylation in a genic region, we identified a jmjC-domain gene, IBM1 (increase in bonsai methylation 1), in Arabidopsis thaliana. In addition to the ectopic cytosine methylation, the ibm1 mutations induced a variety of developmental phenotypes, which depend on methylation of histone H3 at lysine 9. Paradoxically, the developmental phenotypes of the ibm1 were enhanced by the mutation in the chromatin-remodeling gene DDM1 (decrease in DNA methylation 1), which is necessary for keeping methylation and silencing of repeated heterochromatin loci. Our results demonstrate the importance of chromatin remodeling and histone modifications in the differential epigenetic control of repeats and genes.