植物叶片衰老的表观遗传调控

叶片是植物重要的光合器官, 它的衰老由外界环境刺激和内源发育信号所启动, 复杂的基因调控网络参与衰老过程的精确调控。最新研究表明, 植物通过对基因表达的重编程, 在表观遗传水平上调节着叶片衰老过程。该文简要介绍了表观遗传的分子机制, 在此基础上重点综述了组蛋白修饰、染色质重塑、DNA甲基化及小RNAs途径对叶片衰老调控的最新研究进展, 同时讨论了该领域存在的问题和未来研究方向。     

植物叶片衰老过程中的基因表达与调控

衰老是一种器官或组织逐步走向功能衰退和死亡的变化过程〔１〕。它除了代表器官或组织生命周期的终结之外,在发育生物学上也有着重要的意义。叶片的衰老是植物的一个重要发育阶段。在这段时期内,植物在成熟叶片内积累的物质,包括大量的氮、碳有机化合物和矿物质,将被分解并运送至植物其它生长旺盛的部分,其中大部分被转移到种子内,为下一代的生长做好准备〔１１〕。对于产生种子的作物,包括绝大多数农作物,这种转移使营养重新分配,对植株保持正常的生长发育与繁殖是十分必要的〔３〕。衰老过程中,叶片细胞在组成成分上有很大的变…     

植物叶片衰老过程中基因的表达与调控

从衰老相关基因的分离、克隆、表达、调控及叶片衰老延缓几个方面,介绍叶片衰老过程中基因表达调控的研究进展。     

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。     

表观遗传调控健康衰老

衰老是自然界普遍存在的现象。衰老伴随着组织和器官功能的逐渐衰退,最终导致生物体死亡。衰老也是人们罹患老年性疾病如心血管疾病、神经退行性疾病、癌症、糖尿病等的主要风险因素。因此,延缓衰老对于预防和治疗衰老相关的疾病意义重大。衰老与遗传和表观遗传改变密切相关。最近,Nature杂志发表了中国科学院脑科学与智能技术卓越创新中心蔡时青研究组与中国科学院上海巴斯德研究所江陆斌研究组的合作成果。该研究发现了两个新的保守的表观调控因子妨碍健康衰老。     

衰老的表观遗传调控机制北大核心CSCD

表观遗传通过调控基因表达影响众多生命过程。大量的证据表明,表观遗传在衰老调控中也发挥重要的作用。本文介绍表观遗传的3种主要机制对衰老的调控作用,及其对衰老的2个主要特征的影响。同时,介绍热量限制介导的抗衰老作用的表观遗传的调控机制,和3种重要的抗衰老活性小分子及其如何通过表观遗传相关机制发挥抗衰老作用。本文结果为进一步研究表观遗传在衰老调控中的作用,以及发展抗衰老干预措施提供了理论依据和重要的参考资料。     

PPARγ在脂肪生成中的遗传和表观遗传调控

过氧化物酶体增殖物激活受体γ(peroxisome proliferator-activated receptor gamma, PPARγ)是脂肪生成和脂肪组织发育的关键调控因子,另外在糖脂代谢、炎症和免疫反应等多种生物学过程中也发挥重要作用。近年来,对PPARγ基因的研究一直是脂肪生物学研究的热点。随着研究的不断深入,人们发现PPARγ基因不仅受遗传调控,还受DNA甲基化、组蛋白修饰、非编码RNA和染色质重塑等表观遗传调控。本文综述了PPARγ基因在脂肪生成中的遗传和表观遗传调控研究进展,探讨了未来PPARγ基因调控的研究方向和趋势。     

植物Whirly蛋白调控叶片衰老的研究进展

植物衰老是植物细胞生长发育的最后一个阶段,其启动的早晚对植物生物量和品质的形成有很大影响。叶片衰老是植物衰老的主要形式,受到内外环境因素的诱导,并被多种转录因子介导的信号传导途径所调控。对叶片衰老调控机制的研究一直是植物衰老研究中的重点。Whirly蛋白作为一类广泛存于植物中的特异转录因子小家族,能与单链DNA分子结合,双定位于细胞器(线粒体或叶绿体)与细胞核中,在植物细胞核和细胞器中发挥多种功能,参与对植物叶片衰老的调控。本文概述了植物Whirly蛋白的结构和定位,重点阐述了Whirly蛋白的功能与细胞衰老关系及其对叶片衰老调节机理的研究进展等,并对未来的研究方向进行了展望。     

叶片衰老的特性及分子调控（综述）

就叶片衰老研究在生理,生化及分子水平上的最新进展,以及有希望应用于农业,操纵叶片衰老的转基因手段作一简要综述。     

叶片衰老的特性及分子调控(综述)

就叶片衰老研究在生理、生化及分子水平上的最新进展,以及有希望应用于农业的、操纵叶片衰老的转基因手段作一简要综述。     

表观调控rDNA转录的研究进展

rDNA是控制细胞核糖体生物合成的串联重复基因,影响着整体蛋白质的翻译水平,与细胞生长代谢息息相关.由于rDNA序列具有多拷贝的重复特征,其转录除了受一般转录机制的调节外,还受多重表观调控机制的调节,精细调控着rDNA的转录状态.一般认为rDNA分为活跃和沉默两种状态,分别与活跃染色质标记和异染色质标记相关.近些年来,发现一种平衡态rDNA的存在,更加丰富了rDNA表观机制的研究.H3.3是一种H3组蛋白变体,是近些年来的研究热点,已有报道H3.3可能在分子伴侣HIRA的介导下整合进入活跃rDNA,然而沉默rDNA的维持是否也与H3.3的作用相关需要更多的探索.CTCF是rDNA重复单元间的绝缘子成分,与H3.3相关但并不清楚是否也调控着rDNA的转录.该综述讨论了几种调控rDNA表观状态的机制,并对可能参与该过程的新机制提出了设想.     

胸苷激酶基因在人二倍体成纤维细胞衰老过程中的表达调控

为研究人胸苷激酶 (humanthymidinekinase ,hTK)基因在复制衰老细胞及早衰细胞中表达下调的分子机制 ,构建了含hTK启动子的荧光素酶报告基因载体 .转染结果显示 ,复制衰老细胞与早衰细胞中hTK启动子的转录活性比年轻细胞中下降了近 3倍 ,表明转录水平的调控是hTK在衰老细胞中表达下降的主要调控机制 .定点突变的结果显示 ,转录因子Sp1、NF Y结合位点的突变可使hTK启动子活性降低近 5 0 % ,而E2F结合位点的突变可使其活性升高 2倍多 ,提示Sp1和NF Y是hTK基因的转录活化因子 ,而E2F为转录抑制因子 .电泳迁移率变更实验发现 ,与年轻细胞相比 ,Sp1、NF Y与hTK启动子的DNA结合活性在复制衰老细胞和早衰细胞中无明显改变 ,提示转录活化因子Sp1、NF Y并非hTK在衰老细胞中下调的主要因素 .染色质免疫共沉淀结果显示 ,在细胞内Rb结合在hTK启动子上 ,且同年轻细胞相比 ,复制衰老细胞及早衰细胞中的hTK启动子结合着更多的Rb ,这提示细胞衰老过程中Rb的去磷酸化可能与hTK基因在衰老过程中的下调有关 .     

水稻抽穗后剑叶衰老过程中光合关键酶的基因表达

协优 930 8、培矮 6 4s/ 9311和汕优 6 3三个超级高产水稻品种抽穗后 ,剑叶中光合速率减小、叶绿素含量下降、SOD活力降低和MDA含量上升的幅度不同 ,显示它们开花结实过程中叶片衰老的速度不同 ,以汕优 6 3衰老最快 ,协优 930 8最慢 ,培矮 6 4s/ 9311居中。Northern杂交和免疫定量研究表明 ,汕优 6 3和培矮6 4s/ 9311剑叶rbcS(Rubisco小亚基基因 )和rca(Ru bisco活化酶基因 )mRNA的表达随抽穗后天数的增加而下降 ,而协优 930 8在抽穗后第 10天才开始下降 ;Rubisco和Rubisco活化酶蛋白含量的下降趋势与rbcS和rcamRNA的变化趋势相似。因此 ,水稻抽穗后剑叶衰老过程中光合能力的下降与光合关键酶基因(rbcS和rca)表达下降密切相关     

Polycomb蛋白复合体对细胞衰老的表观遗传学调控

细胞衰老在表观遗传学上的调控越来越受到人们的关注.Polycomb蛋白复合体(polycomb group proteins)通过对组蛋白的修饰,尤其是甲基化修饰发挥对靶基因的沉默作用,并因此广泛参与到发育、增殖、分化以及肿瘤发生等重要生命过程.目前,有一系列的研究报道了polycomb的各组份参与了细胞衰老的调控.本文对polycomb发挥基因沉默作用机制的最新研究进展进行了归纳总结,并以衰老过程中的重要分子p16为重点,详细介绍了polycomb调节p16表达,影响细胞衰老进程的机制.研究表明,多种polycomb成员同时结合在p16INK4a基因座,它们的结合表现出相互依赖的同时又有各自的作用.这为进一步深入理解细胞衰老提供了表观遗传学的证据.     

肠道微生物组与宿主的表观遗传修饰

高通量测序技术已经增加了人们对肠道微生物组和表观遗传学修饰的理解,将肠道微生物组和宿主表观遗传学修饰紧密联系起来,阐明了很多疾病的发生过程如免疫、代谢、心血管疾病甚至是癌症。肠道微生物组与宿主具有相互作用,与人体密不可分,相辅相成。肠道微生物组的生态失调可能诱导疾病的发生并能调控宿主表观遗传学修饰。宿主表观遗传学调控和肠道微生物组(或其代谢产物)变化的相互关系在很多疾病中都有报道。因此,肠道微生物组可作为某些疾病的诊断标记,健康肠道微生物组的移植会逆转这种微生态失调,可作为一种有效的治疗策略。本文主要探讨了肠道微生物组直接调控宿主表观修饰和通过小分子生物活性物质和其他酶辅因子间接影响表观修饰,以及基于肠道微生物组调控宿主表观修饰的诊断和治疗应用等。     

植物胚乳发育的表观遗传学调控

被子植物的种子发育从双受精开始, 产生二倍体的胚和三倍体的胚乳。在种子发育和萌发过程中, 胚乳向胚组织提供营养物质, 因此胚乳对胚和种子的正常生长发育至关重要。开花植物发生基因组印迹的主要器官是胚乳。印迹基因的表达受表观遗传学机制的调控, 包括DNA甲基化和组蛋白H3K27甲基化修饰以及依赖于PolIV的siRNAs (p4-siRNAs)调控。基因组印迹的表观遗传学调控对胚乳的正常发育和种子育性具有不可或缺的重要作用。最新研究显示, 胚乳的整个基因组DNA甲基化水平降低, 而且去甲基化作用可能源于雌配子体的中央细胞。该文综述了种子发育的表观遗传学调控机制, 包括基因组印迹机制以及胚乳基因组DNA甲基化变化研究的最新进展。     

毛竹叶片衰老过程的叶重量、叶面积及元素内吸收率的动态

对福建永春毛竹(Phyllostachyspubescens Mazel ex H.de Lehaie)叶片衰老过程的叶重量、叶面积及元素内吸收率的动态进行了研究,并对元素内吸收率RE1(以元素的干重含量为计算单位,mg/g)、RE2(以单位叶片的元素含量为计算单位,mg/leaf)以及RE3(以单位叶面积的元素含量为计算单位,mg/cm2)进行了比较.叶片衰老过程中,平均叶重量、叶面积及比叶重分别下降了19.55%、15.16%和5.07%.叶重量与叶面积下降百分率的季节变化趋势一致,说明毛竹叶片存在一定的重量与面积比率.在不同的元素内吸收率比较中,N和K的元素内吸收率均为正,Ca均为负,表明叶片衰老过程中N和K的元素含量从衰老叶片中转移至植株的其他部位,而Ca在老叶中累积.N、P、K、Ca和Mg5种元素平均的元素内吸收率高低顺序均为RE2＞RE3＞RE1,反映出以元素的干重含量为计算单位和以单位叶面积的元素含量为计算单位的元素内吸收率偏低.     

毛竹叶片衰老过程的叶重量、叶面积及元素内吸收率的动态

对福建永春毛竹(Phyllostachys pubescens Mazel ex H.de Lehaie)叶片衰老过程的叶重量、叶面积及元素内吸收率的动态进行了研究,并对元素内吸收率RE_1(以元素的干重含量为计算单位,mg/g)、RE_2(以单位叶片的元素含量为计算单位,mg/leaf)以及RE_3(以单位叶面积的元素含量为计算单位,mg/cm~2)进行了比较。叶片衰老过程中,平均叶重量、叶面积及比叶重分别下降了19.55％、15.16％和5.07％。叶重量与叶面积下降百分率的季节变化趋势一致,说明毛竹叶片存在一定的重量与面积比率。在不同的元素内吸收率比较中,N和K的元素内吸收率均为正,Ca均为负,表明叶片衰老过程中N和K的元素含量从衰老叶片中转移至植株的其他部位,而Ca在老叶中累积。N、P、K、Ca和Mg 5种元素平均的元素内吸收率高低顺序均为RE_2>RE_3>RE_1,反映出以元素的干重含量为计算单位和以单位叶面积的元素含量为计算单位的元素内吸收率偏低。     

表观遗传调控在糖尿病及其并发症中的作用

表观遗传(epigenetics)是指DNA序列不发生变化但基因表达却发生了可遗传的改变．表观遗传调控过程十分复杂,主要包括DNA甲基化、组蛋白修饰和微小RNA(miRNA)等．糖尿病是一种慢性代谢性疾病,常伴随大血管和微血管并发症．糖尿病的发生、发展不仅取决于遗传因素,而且也受到表观遗传修饰的调控．因此,对表观遗传调控的研究将为糖尿病及其并发症的预防和治疗提供新的思路和方法．