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。     

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甲基化与体细胞无性系变异的研究进展

为更好地理解植物DNA甲基化在植物体细胞无性系变异中表观遗传的调控作用,为体细胞无性系变异研究及作物遗传改良提供理论参照,对DNA甲基化的产生及维持机制、生物学作用以及体细胞无性系变异中DNA甲基化模式重建进行了综述。     

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。     

冷驯化草莓组培苗DNA甲基化水平及模式的变化

DNA甲基化是植物表观遗传的重要方式之一,非生物胁迫会引起植物DNA甲基化水平及模式的改变。为探讨草莓的低温响应与DNA甲基化的关系,本文以章姬组培苗为材料,利用甲基化敏感多态性技术(MSAP)检测冷驯化(4℃)不同时间及恢复后的植株DNA甲基化水平及模式变化。结果表明,14对选择性引物在冷驯化过程中共检测出2499个基因位点;冷驯化过程中,DNA总甲基化水平整体呈下降趋势,0 d、1 d、3 d、5 d、7 d和10 d,基因组MSAP比率分别为27.17%、20.73%、25.77%、22.69%、22.69%和22.41%,恢复5 d后MSAP比率上升为26.05%;在DNA甲基化模式变化方面,有甲基化和去甲基化现象发生,且以去甲基化现象为主。回收、克隆并测序某些草莓基因组的甲基化修饰位点,分离得到5条存在甲基化修饰的基因组DNA序列。BLAST比对分析表明,在这些序列中都存在明显的"CCGG"二核苷酸成簇富集现象,与MSAP结果一致。     

DNA甲基化在肉牛分子遗传与育种中的研究进展

DNA甲基化是真核生物表观遗传的重要修饰方式之一,该文概述了真核生物DNA甲基化的修饰原理以及现阶段DNA甲基化的检测方法和技术手段,进一步对DNA甲基化修饰模式和参与基因表达调控的研究现状进行了阐释。目前,DNA甲基化的研究是畜禽经济性状研究领域的热点之一,猪肌肉发育、羊体尺性状以及奶牛乳房炎等研究获得了多个DNA甲基化标记。此外,DNA甲基化与肉牛发育和脂肪沉积相关研究定位和筛选了大量的候选甲基化修饰区域,这些研究结果为肉牛分子遗传研究奠定了基础,也为肉牛生物育种提供了表观遗传学候选标记。     

白花泡桐丛枝病发生过程中全基因组 DNA甲基化差异分析

为探究泡桐丛枝病(Paulownia witches’broom, PaWB)的表观遗传机制,以白花泡桐健康苗(PF)和丛枝病苗(PFI)为材料,采用全基因组甲基化测序(WGBS)技术对白花泡桐丛枝病发生过程中全基因组DNA甲基化进行系统研究。结果表明,白花泡桐体内的DNA甲基化主要有mCG、mCHH和mCHG 3种类型;白花泡桐被植原体侵染后,C位点发生甲基化的比率下降,且发病后CHH的甲基化比率降低而CG和CHG的甲基化比率升高。此外,DNA甲基化主要发生在CG序列;差异甲基化区域(DMR)鉴定研究中共检测到了109 334个DMR,其中白花泡桐患病后高甲基化DMR和低甲基化DMR分别有37 408个和71 926个;通过DNA甲基化和转录组的差异表达基因关联分析,找到了6个与PaWB发生相关的差异甲基化基因(DMG),功能分别涉及到植物防御反应、光合作用、植物病原互作、植物激素信号转导等生物学过程。     

DNA甲基化的植物学意义及其研究方法

DNA中碱基的化学修饰一直是生命科学领域研究的热点之一。DNA甲基化作为DNA序列的修饰方式,是一种重要的表观遗传机制,能够在不改变DNA分子一级结构的情况下调节基因组的功能,在生命活动中起着重要的作用。对于受到环境胁迫的植物生命体基因表达调控过程中也有DNA甲基化变化的痕迹。本文对植物DNA甲基化的产生机制、功能,DNA甲基化在植物应对逆境胁迫中的作用以及用来分析检测DNA甲基化技术方法的原理特点进行综述,以便更好地理解植物DNA甲基化及其对环境胁迫的响应,为植物抗逆性研究及作物遗传改良提供理论参照。     

重金属铅镉对濒危植物中华水韭(Isoetes sinensis)DNA甲基化的影响

为研究古老植物对重金属胁迫的分子水平的响应,探究重金属对濒危植物DNA甲基化影响的特点,选择两种重金属Pb和Cd对濒危植物中华水韭进行胁迫处理,每种重金属设置3个处理浓度,胁迫处理至第28 d选取叶片,采用MSAP(甲基化敏感扩增多态性)技术测定DNA甲基化程度。试验结果表明:重金属铅和镉均能够对中华水韭DNA甲基化产生影响,甲基化总体水平基本一致(对照、Pb处理和Cd处理分别为46.96%、48.23%和48.1%),但全甲基化水平(Pb处理是28.34%,Cd处理是20.25%)均低于对照(33.91%),而半甲基化水平(Pb处理是19.89%,Cd处理是27.85%)均高于对照(13.04%)。甲基化增强的变化,以无甲基化或内外侧胞嘧啶半甲基化向内外侧胞嘧啶全甲基化变化的模式为主。去甲基化的变化,以内外侧胞嘧啶全甲基化向无甲基化或内侧胞嘧啶半甲基化或全甲基化变化的模式为主。铅和镉胁迫在导致中华水韭DNA甲基化增强所占比率方面几乎相等(39.04%和39.71%),而在去甲基化所占比率方面镉(46.86%)高于铅(33.92%)。     

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。     

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。     

DNA甲基化抑制剂对水稻幼苗生长及耐盐性的影响

DNA甲基化抑制剂能够通过改变植物基因组的DNA甲基化水平从而对植物的开花、生长发育和抗逆性产生影响。以耐盐和盐敏感水稻品种为材料,分别在水稻萌发期和幼苗期用DNA甲基化抑制剂进行处理,并对处理后的幼苗进行盐胁迫。结果表明:萌发期抑制剂处理导致种子萌发率显著降低,幼苗出现矮化、成簇、死亡等症状,株高、根长和干重也受到了显著的抑制;同时,DNA甲基化抑制剂处理可以降低盐胁迫时地上部的钠离子浓度、提高抗坏血酸过氧化物酶(APX)的活性。上述结果表明DNA甲基化抑制剂通过改变基因组DNA的甲基化水平来影响水稻的生长发育,并通过影响离子吸收和抗氧化酶类的活性来影响水稻的耐盐性。     

DNA甲基化作用的生物学功能

DNA甲基化作为DNA序列的修饰方式,是一种重要的表观遗传机制,能够在不改变DNA分子一级结构的情况下调节基因组的功能,在生命活动中起着重要的作用。其功能主要可归结为以下4个方面：维持基因组遗传物质的稳定性,调控基因的表达,建立表观遗传模式以及参与细胞及胚胎的形态建成。     

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.     

植物表观遗传中的RNA介导的DNA甲基化

植物基因组对基因的表达调控不仅表现在转录水平上,也表现在染色质结构的变化上。在植物中存在着特有的RNA 聚合酶Ⅳ (RNA Pol Ⅳ) 和 RNA聚合酶Ⅴ (RNA Pol Ⅴ),它们与RNA 聚合酶Ⅱ(RNA Pol Ⅱ)相似。RNA Pol Ⅳ和RNA Pol Ⅴ的转录产物包括参与表观遗传调控的长链非编码RNA (lncRNAs)和干扰小RNA (siRNAs)。这类非编码RNA广泛地参与了基因组上发生的胞嘧啶甲基化,去甲基化以及甲基化扩散。近年来,研究已经发现RNA介导的染色质水平的基因沉默涉及植物的生长发育、胁迫应答、表观遗传多态性,并对植物的表型多样化、生理适应性以及植物进化具有显著影响。