多倍体植物的表观遗传现象

表观遗传现象是指基因表达发生改变但不涉及DNA序列的变化, 它存在于许多植物的多倍体化过程中,而且能够在代与代之间传递。表观遗传变异包括基因沉默、DNA甲基化、核仁显性、休眠转座子激活和基因组印记等方面。这种现象可能是由于基因组间的相互作用直接诱发基因沉默或基因表达改变所致;也可能由DNA甲基化之外的组蛋白编码的改变引起;或者与甲基化不足、染色质重组或转座子激活等有关。表观遗传变异在提高基因表达的多样性,引起遗传学和细胞学上的二倍化,以及促进基因组间的相互协调等方面起着重要作用。文章综述了植物多倍体化过程中的表观遗传现象及其在多倍体植物基因组进化中的作用,并在此基础上提出了今后在这方面的研究途径。     

The Tissue-Specific Methylation of Human-Specific Endogenous Retroviral LTRs

A possible involvement of retroelements in the epigenetic regulation of human gene expression was considered by the example of methylation of long terminal repeats (LTRs) of the human endogenous retrovirus family K (HERV-K). The methylation status of six HERV-K LTRs was determined in various gene-enriched regions of the human genome. The methylation of four LTRs was shown to be tissue-specific. Our results correlated with published data on the tissue-specific changes in the expression level of human genes adjacent to the LTRs under study.     

普通小麦7B染色体两类低拷贝专化DNA序列的特性

研究表明 ,多倍体小麦基因组中存在一类低拷贝、染色体专化的DNA序列 ,其在多倍体形成时常表现出不稳定性。这类序列被认为在异源多倍体的建立和稳定中起着关键作用。为进一步研究这一问题 ,对通过染色体显微切割从普通小麦 (TriticumaestivumL .)中分离的 5个 7B染色体专化DNA序列的特性进行了研究。以这些序列为探针对大量的多倍体小麦和它们的二倍体祖先物种进行了Southern杂交分析。结果表明 ,这些序列可被分为两种类型 :其中的 4个序列与所有的多倍体物种均杂交 ,但是在二倍体水平上 ,它们却只与和多倍体小麦B基因组紧密相关的物种杂交 ,这说明这些序列是在二倍体物种分化以后产生的 ,然后垂直传递给多倍体 ;其中的 1个序列与所有的二倍体及多倍体物种均杂交 ,暗示在多倍体形成后这些序列从A和D基因组中消除了。用这一序列分别与一个人工合成的六倍体和四倍体小麦进行Southern杂交的结果表明 ,序列消除是一个迅速的事件而且很可能与这些序列的甲基化状态有关。认为这些低拷贝的染色体专化序列对于多倍体形成后部分同源染色体之间的进一步分化起着重要作用。     

普通小麦7B染色体两类低拷贝专化DNA序列的特性

研究表明, 多倍体小麦基因组中存在一类低拷贝、染色体专化的DNA序列, 其在多倍体形成时常表现出不稳定性.这类序列被认为在异源多倍体的建立和稳定中起着关键作用.为进一步研究这一问题, 对通过染色体显微切割从普通小麦( Triticum aestivum L.)中分离的5个7B染色体专化DNA序列的特性进行了研究.以这些序列为探针对大量的多倍体小麦和它们的二倍体祖先物种进行了Southern杂交分析.结果表明, 这些序列可被分为两种类型:其中的4个序列与所有的多倍体物种均杂交, 但是在二倍体水平上, 它们却只与和多倍体小麦B基因组紧密相关的物种杂交, 这说明这些序列是在二倍体物种分化以后产生的,然后垂直传递给多倍体; 其中的1个序列与所有的二倍体及多倍体物种均杂交, 暗示在多倍体形成后这些序列从A和D基因组中消除了. 用这一序列分别与一个人工合成的六倍体和四倍体小麦进行Southern杂交的结果表明, 序列消除是一个迅速的事件而且很可能与这些序列的甲基化状态有关. 认为这些低拷贝的染色体专化序列对于多倍体形成后部分同源染色体之间的进一步分化起着重要作用.     

人类基因组上的假基因

假基因是基因组上与编码基因序列非常相似的非功能性基因组DNA拷贝,一般情况都不被转录,且没有明确生理意义。假基因根据其来源可分为复制假基因和已加工假基因。迄今为止,明确鉴定的人类假基因多为已加工假基因,有8000个之多。在Swiss-Prot/TrEMBL收录的编码蛋白质的将近25500个基因序列中,约10％在基因组中有一个或多个近全长已加工假基因。其余的功能基因都没有已加工假基因。核糖体蛋白基因具有最多数量的已加工假基因,约有l700个(占已加工假基因数的22％),少数基因,如cyclophilinA、肌动蛋白(actin)、角蛋白(keratin)、GAPDH、细胞色素C(cytochromec)和nucleophosmin等则有很多份已加工假基因。总体上讲,假基因在人类染色体上的分布与染色体长度成比例,但已加工假基因在GC含量为41％～46％的染色体区域密度最高。已加工假基因的拷贝数和功能基因在生殖器官中的表达高度一致,说明许多假基因发生在胚胎阶段,另外也和基因中GC含量和基因大小密切相关。假基因的准确鉴定对基因组进化、分子医学研究和医学应用具有重要意义。     

DNA甲基化在动植物遗传育种中的研究进展

DNA甲基化是真核生物表观遗传学重要的机制之一,对基因转录水平的表达具有重要的调控作用。近年来,DNA甲基化在动植物遗传育种领域的研究引起了人们广泛的关注。我们从DNA甲基化与基因的表达调控、动植物基因组的甲基化状态、甲基敏感扩增片段多态性方法、DNA甲基化与杂种优势,以及DNA甲基化与分子标记等方面,简要综述了国内外有关DNA甲基化在动植物遗传育种研究中的进展,着重于全基因组DNA甲基化模式在动植物遗传育种中的相关研究和应用。     

DNA甲基化异常与肿瘤耐药

肿瘤耐药是导致肿瘤化疗失败的主要原因, 其产生机制复杂多样, 是多种因素共同作用的结果。近年来, 表观遗传改变在肿瘤耐药中的作用日益受到关注。DNA甲基化是一种重要的表观遗传修饰, 在调节基因表达和维持基因组稳定性中扮演着重要角色。原发性或获得性耐药的肿瘤细胞大多伴随DNA异常甲基化, 越来越多的证据显示, DNA甲基化异常是肿瘤细胞耐药表型产生的重要机制。文章就DNA甲基化异常与肿瘤细胞耐药的关系及相关作用机制进行了综述。     

玉米杂交种及其亲本基因组DNA胞嘧啶甲基化水平研究

基因组DNA甲基化对基因表达起着重要的调控作用.本研究采用MSAP方法,对2个玉米杂交种及其相应亲本DNA 5'-CCG G位点胞嘧啶的甲基化水平进行分析,比较了2个玉米杂交种与其相应亲本的甲基化类型与差异.研究发现,2个玉米杂交种Mo17×Suwan 5和Suwan 1×太3221的F1代的甲基化敏感扩增多态性(MASP)比率分别为39.1%和40.1%,均略低于其相应的双亲(39.8%和39.7%、44.6%和43.2%).2个杂交种的全甲基化(双链CmCGG)率分别为24.4%和23.3%,而其相应亲本Mo17、Suwan 5、Suwan 1和太3221分别为17.1%、24.4%、24.6%和21.6%.4个玉米亲本的MASP比率变化范围为39.7%～44.6%,平均为41.8%,全甲基化比率为17.1%～24.6%,平均为21.9%.杂交种与其相应亲本比较有4种类型的变化A型,F1与其亲本甲基化模式相同;B型,去甲基化;C型,超甲基化;D型,次甲基化.杂交种F1代DNA的甲基化模式与其双亲比较,发生了较大的改变与调整.F1代基因组的杂合性与基因组DNA甲基化模式的重新调整有关.     

基因重复研究进展

基因复制是基因通过不等交换,反转录转座或由全基因组复制等途径产生一个与原基因相似的基因或碱基序列,它与生物体基因组大小的进化、新基因的起源、物种的分化以及基因抗突变的能力大小等都密切相关。本文综述了复制基因的产生和保留机制、选择作用、分化的途径以及复制基因进化速率等方面的相关研究,揭示了基因复制对于生物进化的重要性,以引起大家对该领域的了解与关注。关键词：基因复制;复制基因;不等交换;反转录转座;全基因组复制     

Abundance of plastid DNA insertions in nuclear genomes of rice and Arabidopsis

Pairwise comparison of whole plastid and draft nuclear genomic sequences of Arabidopsis thaliana and Oryza sativa L. ssp. indica shows that rice nuclear genomic sequences contain homologs of plastid DNA covering about 94 kb (83%) of plastid genome and including one or more full-length intact (without mutations resulting in premature stop codons) homologues of 26 known protein-coding (KPC) plastid genes. By contrast, only about 20 kb (16%) of chloroplast DNA, including a single intact plastid-derived KPC gene, is presented in the nucleus of A. thaliana. Sixteen rice plastid genes have at least one nuclear copy without any mutation or with only synonymous substitutions. Nuclear copies for other ten plastid genes contain both synonymous and non-synonymous substitutions. Multiple ESTs for 25 out of 26 KPC genes were also found, as well as putative promoters for some of them. The study of substitutions pattern shows that some of nuclear homologues of plastid genes may be functional and/or are under the pressure of the positive natural selection. The similar comparative analysis performed on rice chromosome 1 revealed 27 contigs containing plastid-derived sequences, totalling about 84 kb and covering two thirds of chloroplast DNA, with the intact nuclear copies of 26 different KPC genes. One of these contigs, AP003280, includes almost 57 kb (45%) of chloroplast genome with the intact copies of 22 KPC genes. At the same time, we observed that relative locations of homologues in plastid DNA and the nuclear genome are significantly different.     

Fifteen Million Years of Evolution in the Oryza Genus Shows Extensive Gene Family Expansion

In analyzing gene families in the whole-genome sequences available for O. sativa （AA）, O. glaberrima （AA）, and O. brachyantha （FF）, we observed large size expansions in the AA genomes compared to FF genomes for the superfamilies F-box and NB-ARC, and five additional families： the Aspartic proteases, BTB/POZ proteins （BTB）, Glutaredoxins, Trypsin a-amylase inhibitor proteins, and Zf-Dof proteins. Their evolutionary dynamic was investigated to understand how and why such important size variations are observed between these closely related species. We show that expansions resulted from both amplification, largely by tandem duplications, and contraction by gene losses. For the F-box and NB-ARC gene families, the genes conserved in all species were under strong purifying selection while expanded orthologous genes were under more relaxed purifying selection. In F-box, NB-ARC, and BTB, the expanded groups were enriched in genes with little evidence of expression, in comparison with conserved groups. We also detected 87 loci under positive selection in the expanded groups. These results show that most of the duplicated copies in the expanded groups evolve neutrally after duplication because of functional redundancy but a fraction of these genes were preserved following neofunctionalization. Hence, the lineage-specific expansions observed between Oryza species were partly driven by directional selection.     

逆境与赤霉素调控下茶树BRX同源基因的系统性鉴定与响应模式解析

【目的】鉴定茶树BRX家族基因,分析其在不同组织和逆境下的表达模式,为探究BRX基因功能奠定基础。【方法】基于茶树基因组数据库及TBtools等软件对BRX基因进行鉴定分析;以‘舒茶早’为材料,对其进行不同时间的盐、干旱、高温、低温及外源GA3处理;用RT-qPCR检测CsBRXs基因在不同组织和处理下的转录水平。【结果】共鉴定到5个CsBRXs基因,其编码蛋白由313~370个氨基酸组成,该家族基因结构相似且高度保守,启动子区域含激素和逆境响应元件,根据进化关系BRX蛋白被分为4个亚族。CsBRX1、CsBRX3和CsBRX5在嫩叶中均有表达,CsBRX4仅在老叶中表达,盐胁迫12 h时,CsBRX1、CsBRX2和CsBRX4的转录水平最高,CsBRX2快速响应低温胁迫,在1 h时表达量达峰值,CsBRX2对外源GA3信号积极响应,在24 h时表达量最高。【结论】CsBRXs基因在茶树中的表达具有组织特异性,并差异化响应多种逆境胁迫和GA信号,为研究其抗逆机制提供指导。