不同水陆环境中喜旱莲子草甲基化调控因子表达水平和差异表达基因启动子区甲基化状态分析

DNA甲基化是一种重要的表观遗传调控方式,参与对植物生长发育的调控,并在植物逆境胁迫响应中发挥作用。DNA甲基化的建立和维持是胞嘧啶甲基转移酶、染色质重塑酶、组蛋白修饰因子和去甲基化因子等协同作用的结果,环境胁迫能诱导植物体内DNA甲基化状态改变,进而改变基因表达水平和式样,影响植物的适应性。喜旱莲子草是一种恶性入侵植物,种内遗传多样性很低,主要依靠极强的表型可塑性侵占不同水陆生境。对克隆繁殖的喜旱莲子草个体进行不同时间的淹水处理,并用定量PCR方法检测16个DNA甲基化调控基因在不同处理条件下的表达水平和变化趋势,发现其中13个基因在不同处理时间点的表达水平有明显变化,且在淹水植株中多数基因在处理前期被强烈诱导上调表达。运用亚硫酸氢钠测序技术对两个在不同水陆条件下明显差异表达基因(Contig942和Contig23336)的上游启动子区甲基化动态进行分析,发现启动子区多个胞嘧啶位点的甲基化修饰状态在不同水陆条件下及淹水处理的不同时期呈现快速且可逆的动态变化,可能影响这些基因在不同环境条件下的表达水平。本研究结果能帮助了解喜旱莲子草表型可塑性变异和适应性发生的分子机理。     

DNA甲基化与植物抗逆性研究进展

DNA甲基化是真核细胞基因组重要修饰方式之一.DNA甲基化通过与转录因子相互作用或通过改变染色质结构来影响基因的表达,从表观遗传水平对生物遗传信息进行调节,在生长发育过程中起着重要的作用,而且植物DNA甲基化还参与了环境胁迫下的基因表达调控过程.本文对植物DNA甲基化的产生机制、功能,以及DNA甲基化在植物应对逆境胁迫中的作用进行综述,以更好地理解植物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.     

野生动物种群DNA甲基化进展分析

DNA甲基化通常是指胞嘧啶第5位碳原子和甲基基团的共价结合,可调节基因表达程度,参与有机体的重要生命过程,是目前研究最为透彻的表观遗传过程之一。环境变化可以诱导DNA甲基化的变异,这可能是有机体适应新环境的有效途径之一。研究表明,在不同环境下生存的野生动物,其种群内和种群间均存在显著的DNA甲基化差异;同时,相对于遗传多态性水平,野生动物具有更高的表观遗传多态性水平,表明至少有一部分的表观遗传变异独立于遗传变异,这是DNA甲基化具备潜在进化作用的一个先决条件。DNA甲基化变异可能促进了野生动物种群表型多样化,且一些变异的DNA甲基化模式和水平可跨代遗传,可使其快速适应新环境,有助于种群的扩散和进化。这些研究有助于深入理解野生动物种群中非遗传分歧诱导的一些可遗传的表型现象,洞察野生动物种群环境适应性的表观遗传机制,以及DNA甲基化在物种进化中具有的潜在作用,同时我们也对野生动物种群DNA甲基化研究工作的不足进行了探讨和展望,为野生动物种群的表观遗传研究提供理论依据。     

叶锈菌胁迫下的小麦基因组MSAP分析

内源DNA甲基化是真核生物表观遗传调控的重要组成部分, 在真核生物的基因表达调控中具有重要的作用。生物胁迫为植物提供一种内在的表观遗传进化动力。研究生物胁迫下DNA甲基化的变异模式, 有助于全面理解DNA甲基化的表观调控生物学功能。小麦近等基因系TcLr19、TcLr41及其感病亲本Thatcher在苗期对叶锈菌生理小种THTT、TKTJ分别表现为小种特异性抗病反应和感病反应。文章利用甲基化敏感扩增多态性(Methylation-sensitive amplified polymorphism, MSAP)技术分析了小麦的甲基化水平, 同时比较了苗期在生物胁迫前后基因组DNA胞嘧啶甲基化模式。用60对MSAP引物对接种前后的小麦DNA进行全基因组筛选, 没有直接分离得到接菌前后的甲基化模式的差异, 结果初步表明, 叶锈菌并没有诱导稳定且特异的植物基因组DNA胞嘧啶位点的甲基化模式变化, 但发现TcLr41及其感病亲本Thatcher之间存在表观遗传学差异。     

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。     

无脊椎动物DNA甲基化研究进展

DNA甲基化是一种重要的表观遗传机制,可在不改变DNA序列的基础上改变细胞的转录物组并造成表型上的差异。在不同进化分支中,DNA甲基化状态有很大的不同,无脊椎动物DNA甲基化多发生于转录区域并与基因表达高度相关。研究表明,DNA甲基化对于社会性昆虫的等级分化具有重要影响,并且可以通过启动子识别、外显子遗漏等机制来增加转录变异体的数量,从而提高表型的灵活性,增加生物体应对环境变化的能力。对无脊椎动物DNA甲基化的机制及功能进行综述,旨在为相关研究提供参考,并对未来的研究方向作出展望。     

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。     

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。     

逆境胁迫对水稻DNA甲基化水平的影响

植物在逆境胁迫下发生复杂的表现遗传变化,包括DNA甲基化、组蛋白修饰和RNA介导的基因沉默等.其中DNA甲基化是表现遗传学中的重要组成部分,主要通过甲基化、去甲基化来参与逆境胁迫下基因表达的调控,进而增强植物体的抗逆性,调节植物体的生长发育.就非生物与生物胁迫对水稻DNA甲基化水平的影响进行综述,为从表观遗传水平研究水稻抗逆性的机制提供理论参考.     

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。     

组织培养导致的草莓DNA甲基化变异

以草莓品种‘丰香’和‘全明星’为材料,用甲基化敏感扩增多态性（MSAP）技术研究组织培养对草莓DNA甲基化的影响。结果表明,与普通苗相比,组织培养导致草莓试管苗的DNA甲基化水平下降,甲基化模式的变异以去甲基化为主。组织培养导致的DNA甲基化变异不稳定,在田间无性繁殖过程中,试管苗的无性繁殖后代DNA甲基化水平逐渐升高,仅部分变异的甲基化模式能够在试管苗的无性繁殖后代中稳定传递。两个品种之间,纽织培养对DNA甲基化变异程度的影响不同。     

植物中DNA甲基化模式及其相关机制

DNA甲基化是表观遗传修饰的重要形式之一,是植物中较早发现的DNA共价修饰方式。在植物的正常生长发育中,DNA甲基化与植物基因组维持、体细胞无性系变异、外来基因防御、内源基因的表达、转基因沉默以及基因印迹之间有着极大的关系,因此,植物DNA甲基化的研究对植物基因工程的发展有着举足轻重的作用。本文介绍了参与DNA甲基化的各种酶和蛋白质,阐述了DNA甲基化相关机制的最新研究进展。     

DNA methylation as a possible mechanism affecting ability of natural populations to adapt to changing climate

Environmentally induced epigenetic variation has been recently recognized as a possible mechanism allowing plants to rapidly adapt to novel conditions. Despite increasing evidence on the topic, little is known on how epigenetic variation affects responses of natural populations to changing climate. We studied the effects of experimental demethylation (DNA methylation is an important mediator of heritable control of gene expression) on performance of a clonal grass, Festuca rubra, coming from localities with contrasting temperature and moisture regimes. We compared performance of demethylated and control plants from different populations under two contrasting climatic scenarios and explored whether the response to demethylation depended on genetic relatedness of the plants. Demethylation significantly affected plant performance. Its effects interacted with population of origin and partly with conditions of cultivation. The effects of demethylation also varied between distinct genotypes with more closely related genotypes showing more similar response to demethylation. For belowground biomass, demethylated plants showed signs of adaptation to drought that were not apparent in plants that were naturally methylated. The results suggest that DNA methylation may modify the response of this species to moisture. DNA methylation may thus affect the ability of clonal plants to adapt to novel climatic conditions. Whether this variation in DNA methylation may also occur under natural conditions, however, remains to be explored. Despite the significant interactions between population of origin and demethylation, our data do not provide clear evidence that DNA methylation enabled adaptation to different environments. In fact, we obtained stronger evidence of local adaptation in demethylated than in naturally‐methylated plants. As changes in DNA methylation may be quite dynamic, it is thus possible that epigenetic variation can mask plant adaptations to conditions of their origin due to pre‐cultivation of the plants under standardized conditions. This possibility should be considered in future experiments exploring plant adaptations.     

玉米MuDR转座子DNA甲基化的MSP检测

DNA甲基化作为一种重要的表观遗传修饰,广泛存在于高等动植物中,并在维持基因组稳定性、调节基因表达等方面起着重要作用,因此建立快速有效地DNA甲基化检测技术至关重要.本文以两种不同MuDR活性的玉米转座子材料为研究对象, 探讨了甲基化特异性PCR(MSP)在检测DNA甲基化的有效性.结果表明: MSP技术可快速有效地检测MuDR转座子的末端反向重复(TIRs)序列内的CpG岛DNA甲基化的变化,灵敏度高,特异性强,可作为植物已知基因DNA甲基化检测的一种新方法.同时利用MSP研究发现,玉米MuDR转座子的活性随其TIRs序列内的CpG岛DNA甲基化的变化而改变, DNA甲基化是调控玉米MuDR转座活性的重要分子机制之一.     

The mechanism and function of active DNA demethylation in plants

DNA methylation is a conserved and important epigenetic mark in both mammals and plants.DNA methylation can be dynamically established,maintained,and removed through different pathways.In plants,active DNA demethylation is initiated by the RELEASE OF SILENCING 1(ROS1)family of bifunctional DNA glycosylases/lyases.Accumulating evidence suggests that DNA demethylation is important in many processes in plants.In this review,we summarize recent studies on the enzymes and regulatory factors that have been identified in the DNA demethylation pathway.We also review the functions of active DNA demethylation in plant development as well as biotic and abiotic stress responses.Finally,we highlight those aspects of DNA demethylation that require additional research.     

Epigenetic aspects of somaclonal variation in plants

Somaclonal variation is manifested as cytological abnormalities, frequent qualitative and quantitative phenotypic mutation, sequence change, and gene activation and silencing. Activation of quiescent transposable elements and retrotransposons indicate that epigenetic changes occur through the culture process. Epigenetic activation of DNA elements further suggests that epigenetic changes may also be involved in cytogenetic instability through modification of heterochromatin, and as a basis of phenotypic variation through the modulation of gene function. The observation that DNA methylation patterns are highly variable among regenerated plants and their progeny provides evidence that DNA modifications are less stable in culture than in seed-grown plants. Future research will determine the relative importance of epigenetic versus sequence or chromosome variation in conditioning somaclonal variation in plants.     

植物DNA甲基化及其研究策略

DNA甲基化是表观遗传学研究的热点问题之一,植物DNA甲基化的研究对植物研究领域的发展有着举足轻重的作用。本文阐述了植物DNA甲基化的相关机制,其中包括RdDM（RNA—dependent DNA methylation）、DNA甲基化与组蛋白修饰以及DNA去甲基化等近几年研究的热点问题：讨论了DNA甲基化在植物发育中的功能（包括基因组防御和调控基因表达）、DNA甲基化与转基因沉默的关系以及其在表观遗传学中的地位。最后就目前国内外研究植物DNA甲基化所采取的常用策略,即高效液相色谱法、亚硫酸盐测序法、甲基化敏感的限制性内切酶结合Southern杂交分析法和MSAP（methylation—sensitive amplified polymorphism）法进行了详尽的介绍和讨论。     

DNA methylation changes in photoperiod-thermo-sensitive male sterile rice PA64S under two different conditions

Epigenetic modification can occur at a high frequency in crop plants and might generate phenotypic variation without changes in DNA sequences. DNA methylation is an important epigenetic modification that may contribute to environmentally-induced phenotypic variations by regulating gene expression. Rice Photoperiod-Thermo-Sensitive Genic Male Sterile (PTGMS) lines can transform from sterility to fertility under lower temperatures and short-day (SD) conditions during anther development. So far, little is known about the DNA methylation variation of PTGMS throughout the genome in rice. In this study, we investigated DNA cytosine methylation alterations in the young panicles of PTGMS line PA64S under two different conditions using methylation sensitive amplified polymorphism (MSAP) method. Compared with the DNA methylation level of PA64S under lower temperatures and SD conditions (fertility), higher methylation was observed in PA64S (sterility). The sequences of 25 differentially amplified fragments were successfully obtained and annotated. Three methylated fragments, which are homologous to D2, NAD7 and psaA, were confirmed by bisulfite sequencing and their expression levels were also evaluated by qPCR. Real time quantitative PCR analysis revealed that five of the six selected methylated genes were downregulated in PA64S (sterility). These results suggested that DNA methylation may be involved in the sterility–fertility transition of PA64S under two different environmental conditions.     

植物DNA甲基化及其研究策略

DNA甲基化是表观遗传学研究的热点问题之一, 植物DNA甲基化的研究对植物研究领域的发展有着举足轻重的作用。本文阐述了植物DNA甲基化的相关机制, 其中包括RdDM(RNA-dependent DNA methylation)、DNA 甲基化与组蛋白修饰 以及DNA 去甲基化等近几年研究的热点问题; 讨论了DNA甲基化在植物发育中的功能(包括基因组防御和调控基因表达)、DNA甲基化与转基因沉默的关系以及其在表观遗传学中的地位。最后就目前国内外研究植物DNA甲基化所采取的常用策略,即高效液相色谱法、亚硫酸盐测序法、甲基化敏感的限制性内切酶结合Southern杂交分析法和MSAP(methylation-sensitive amplified Polymorphism)法进行了详尽的介绍和讨论。     

植物DNA甲基化研究进展

DNA基化是一种重要的表观遗传修饰方式,强烈地影响植物染色质结构和基因的表达,因此植物DNA基化的研究对植物生长发育及进化过程的研究发展起着重要作用。本文概述了植物DNA基化的特征,并对植物DNA基化的发生机制、生物学功能、检测分析方法等方面进行了综述,旨在深入了解DNA基化对植物的影响。