表观遗传修饰介导的植物胁迫记忆

植物因其固着生长的方式, 已经进化出各类特殊的机制来适应多变的外界环境。为提高自身的存活率, 植物进化出一类胁迫记忆机制, 以适应环境和保护自己。表观遗传修饰不仅能调控植物的正常生长发育, 而且参与植物对各种非生物或生物胁迫的响应。近年的研究表明, 表观遗传修饰在植物胁迫记忆调控中也发挥重要作用。例如, DNA甲基化、组蛋白甲基化及乙酰化等表观遗传修饰参与并维持特定的胁迫记忆。该文主要对表观遗传修饰介导的植物胁迫记忆最新进展进行综述, 并展望未来的重点和热点研究方向。     

表观遗传调控植物逆境胁迫的适应机制

植物表观遗传学不仅是基础科学研究的焦点,也是植物育种中获得新资源的一种方式。表观遗传机制可以通过非编码RNA,组蛋白修饰和DNA甲基化控制基因的表达,且越来越多的研究表明表观遗传机制对植物适应环境及胁迫记忆是必要的。本综述重点从DNA甲基化调控、组蛋白变异、组蛋白修饰调控、非编码RNA调控水平论述植物在各种逆境条件下如何通过表观遗传机制来适应环境。     

组蛋白修饰调控植物对胁迫的记忆与警备抗性的研究进展

植物扎根土壤,面对不利的环境胁迫无法逃避。然而,植物已经进化出对环境胁迫的记忆(stress memory)与警备抗性(或防御警备defense priming)等机制适应环境。环境胁迫在短时间内无法改变植物的DNA碱基序列,因此表观遗传被认为是植物对环境胁迫产生记忆和产生防御警备的主要机制,而组蛋白修饰被认为是最重要的机制,为胁迫记忆提供了可能。本文综述了非生物和生物胁迫下植物分别以胁迫记忆和防御警备机制为主导的组蛋白修饰参与抵御不良环境的最新进展,并提出该研究领域存在的问题和今后研究的重点与方向。深入探究组蛋白修饰与植物适应环境胁迫的关系,可为提高植物抗性、植物表型塑造、器官再生和作物改良等方面提供理论和技术指导。     

植物衰老过程中的表观遗传学调控

植物衰老是由内外环境因子共同调节的,发生在细胞、组织、器官和个体等多个层面上的衰退和死亡过程,涉及基因表达、蛋白翻译和修饰水平变化以及多种细胞结构和代谢途径的变化,并与激素和生物/非生物胁迫的应答等过程形成复杂的调控网络。近年的研究表明,表观遗传修饰参与了对植物衰老过程的调节,是除经典遗传学以研究基因序列影响生物学功能之外在非核酸序列改变的情况下导致可遗传的基因表达变化的机制。本文综述了植物衰老过程中表观遗传调控的机理,包括染色质构象变化、DNA甲基化、组蛋白修饰、ATP依赖的重构因子和非编码RNA介导的调控等,并对这一领域今后的发展方向进行了展望。     

表观遗传调控植物响应非生物胁迫的研究进展

植物的生长发育容易受到外界环境变化的影响。非生物胁迫发生时, 表观遗传机制对胁迫应答基因的表达调控发挥了十分重要的作用。近年来, 调控植物非生物胁迫应答的表观遗传机制研究取得了一系列重要进展, 为进一步深入解析植物响应非生物胁迫的分子机制奠定了基础。该文对DNA甲基化修饰、组蛋白修饰、染色质重塑和非编码RNA等主要表观遗传调控方式在植物响应非生物胁迫中的作用进行了简要综述。     

逆境胁迫下植物表观遗传机制的研究进展

植物着地固定生长不能主动逃避外界危害,只能依靠自身的一些响应机制来防御外界胁迫,表观遗传调控在这个响应机制中起着重要的作用,主要表现在DNA甲基化、组蛋白修饰、染色质重塑及非编码RNA。植物在遭受低温、高温、干旱、盐、重金属、病毒及激素等因素胁迫后,通过调节抗逆相关基因的表达来响应外界危害。综述表观遗传修饰在各种胁迫下的调控机制,为作物的抗逆研究提供理论依据。     

表观遗传修饰在学习记忆中的研究进展

学习记忆是大脑的重要功能.记忆的形成涉及基因转录、新蛋白质合成和突触可塑性改变等一系列分子和细胞乃至神经环路的变化.近些年研究者逐渐发现各种表观遗传修饰,包括DNA甲基化、组蛋白修饰及RNA修饰在各种学习记忆类型、记忆阶段和突触可塑性中发挥了不同程度的作用.本文阐述了参与学习记忆的不同表观遗传调控因子,为进一步理解学习记忆的机制提供一定的理论依据.     

DNA甲基化介导的植物逆境应答和胁迫记忆

DNA甲基化是表观遗传修饰的重要形式,它不仅对植物生长发育具有重要的调控作用,而且参与了植物对各种逆境胁迫的应答过程。逆境通过改变植物DNA基化水平和模式对胁迫应答基因网络进行调控,从而增强当代或后代对逆境的适应性。本文主要对DNA甲基化介导的生物和非生物逆境应答及植物胁迫记忆的最新研究进展进行综述,同时对该领域研究中存在的问题和未来研究的方向进行讨论与展望。     

植物DNA甲基化作用机制的研究进展

DNA甲基化是表观遗传学的一种重要修饰形式,也是一种重要的基因表达调控机制。DNA甲基化的异常模式可导致植物生长发育异常。文中从植物DNA甲基化模式入手,对DNA甲基化在调控基因表达和维持基因组稳定性的分子功能、DNA甲基化在植物发育、参与植物对生物和非生物胁迫的反应等方面的相关研究进行回顾和总结,为深入了解DNA甲基化的作用机制并将DNA甲基化应用于植物新品种的培育和遗传改良研究提供一定的参考。     

植物表观遗传修饰与病原菌胁迫应答研究进展

真核生物基因表达受到染色质结构的调控,组蛋白与DNA的共价修饰构成表观遗传标签,并在植物胁迫应答如防御病原菌侵染过程中起重要作用.病原菌侵染可引起基因组整体DNA甲基化模式变化及胁迫应答基因的位点特异性去甲基化,导致植物抗性基因表达上调或下调,并进一步调控植物对病原菌的胁迫应答;组蛋白去乙酰化酶HDAC通过茉莉酸途径增强植物对病原菌的胁迫应答;此外,染色质重塑复合物Swr1复合体通过识别DNA基元和组蛋白乙酰化修饰状态靶向基因启动子,负调控SA敏感基因.该文从DNA甲基化、组蛋白乙酰化、甲基化修饰,染色质重塑等方面着重阐述植物与病原菌互作过程中发生的主要事件的分子基础及其研究进展.     

Dynamic regulation of DNA methylation and histone modifications in response to abiotic stresses in plants

DNA methylation and histone modification are evolutionarily conserved epigenetic modifications that are crucial for the expression regulation of abiotic stress-responsive genes in plants. Dynamic changes in gene expression levels can result from changes in DNA methylation and histone modifications. In the last two decades, how epigenetic machinery regulates abiotic stress responses in plants has been extensively studied. Here, based on recent publications, we review how DNA methylation and histone modifications impact gene expression regulation in response to abiotic stresses such as drought, abscisic acid, high salt, extreme temperature, nutrient deficiency or toxicity, and ultraviolet B exposure. We also review the roles of epigenetic mechanisms in the formation of transgenerational stress memory. We posit that a better understanding of the epigenetic underpinnings of abiotic stress responses in plants may facilitate the design of more stress-resistant or -resilient crops, which is essential for coping with global warming and extreme environments.     

The role of epigenetic processes in controlling flowering time in plants exposed to stress

Plants interact with their environment by modifying gene expression patterns. One mechanism for this interaction involves epigenetic modifications that affect a number of aspects of plant growth and development. Thus, the epigenome is highly dynamic in response to environmental cues and developmental changes. Flowering is controlled by a set of genes that are affected by environmental conditions through an alteration in their expression pattern. This ensures the production of flowers even when plants are growing under adverse conditions, and thereby enhances transgenerational seed production. In this review recent findings on the epigenetic changes associated with flowering in Arabidopsis thaliana grown under abiotic stress conditions such as cold, drought, and high salinity are discussed. These epigenetic modifications include DNA methylation, histone modifications, and the production of micro RNAs (miRNAs) that mediate epigenetic modifications. The roles played by the phytohormones abscisic acid (ABA) and auxin in chromatin remodelling are also discussed. It is shown that there is a crucial relationship between the epigenetic modifications associated with floral initiation and development and modifications associated with stress tolerance. This relationship is demonstrated by the common epigenetic pathways through which plants control both flowering and stress tolerance, and can be used to identify new epigenomic players.     

Epigenetic mechanisms and their role in plant development

This paper considers molecular mechanisms of DNA methylation and histone modifications in plants. The role of these epigenetic processes in plant development is discussed.     

植物中表观遗传修饰研究进展

表观遗传是指DNA序列不发生变化, 但基因表达发生了可遗传的改变, 主要涉及DNA与染色体上的一些可逆修饰以及一些转录调控机制。DNA甲基化、组蛋白修饰和非编码RNA调控是表观遗传学研究的三大支柱。三者在植物生长发育、应对生物和非生物胁迫以及适应环境变化中发挥着极其重要的作用。该文综述了植物中DNA甲基化、组蛋白修饰、非编码RNA调控的研究进展及其对植物株高、生育期、花型、果实着色以及应对环境胁迫等方面的影响。     

表观遗传修饰在调控寿命中的作用

表观遗传修饰是生命现象中普遍存在的一类基因调控方式,主要包括DNA甲基化、组蛋白乙酰化和组蛋白甲基化等,通常协同调控基因表达。端粒是位于真核生物染色体末端的保护性结构,在端粒以及亚端粒区域中也存在丰富的表观遗传修饰。随着研究深入,发现表观遗传修饰在调控寿命过程中扮演着重要角色,而揭示衰老的有关机制有助于我们找到延长寿命的方法,具有重大的生物学意义和临床应用前景。     

Distinctive core histone post-translational modification patterns in Arabidopsis thaliana

Post-translational modifications of histones play crucial roles in the genetic and epigenetic regulation of gene expression from chromatin. Studies in mammals and yeast have found conserved modifications at some residues of histones as well as non-conserved modifications at some other sites. Although plants have been excellent systems to study epigenetic regulation, and histone modifications are known to play critical roles, the histone modification sites and patterns in plants are poorly defined. In the present study we have used mass spectrometry in combination with high performance liquid chromatography (HPLC) separation and phospho-peptide enrichment to identify histone modification sites in the reference plant, Arabidopsis thaliana. We found not only modifications at many sites that are conserved in mammalian and yeast cells, but also modifications at many sites that are unique to plants. These unique modifications include H4 K20 acetylation (in contrast to H4 K20 methylation in non-plant systems), H2B K6, K11, K27 and K32 acetylation, S15 phosphorylation and K143 ubiquitination, and H2A K144 acetylation and S129, S141 and S145 phosphorylation, and H2A.X S138 phosphorylation. In addition, we found that lysine 79 of H3 which is highly conserved and modified by methylation and plays important roles in telomeric silencing in non-plant systems, is not modified in Arabidopsis. These results suggest distinctive histone modification patterns in plants and provide an invaluable foundation for future studies on histone modifications in plants.