植物印迹基因研究进展

印迹基因的表达受表观机制调控,依据其亲本来源在植物胚乳中表现为单等位基因表达的特殊模式。这些基因在调控胚及其附属结构的发育、控制种子的大小、生殖隔离以及防止无性生殖上发挥着关键作用。随着植物表观遗传学研究的不断深入,目前对于印迹基因的探索已逐渐成为表观遗传学研究的热点。文章介绍了关于印迹基因起源的亲本冲突学说,并以拟南芥的MEA、FIS2、FWA、MPC、PHE1,玉米的FIE1、FIE2等重要印迹基因为例,阐述了有关植物印迹基因的表达调控机制及最新研究进展。     

基因组印迹的起动与沉默

在配子中基因组印迹起动复合物的结合引发印迹现象,印迹起动复合物中有多种可鉴定成分,存在结合的精确时间和机制,印迹起动复合物似乎仅出现在生殖细胞系,而甲基－CpG－结合蛋白则能延续增殖印迹。因此基因组印迹调节着发育基因或组织特异性单等位基因的瞬时表达及大染色体结构域中基因之间的相互作用。     

基因组印迹的起动与沉默

在配子中基因组印迹起动复合物的结合引发印迹现象,印迹起动复合物中有多种可鉴定成分,存在结合的精确时间和机制,印迹起动复合物似乎仅出现在生殖细胞系,而甲基CpG结合蛋白则能延续增殖印迹,因此基因组印迹调节着发育基因或组织特异性单等位基因的瞬时表达及大染色体结构域中基因之间的相互作用 。     

环境因素所致印迹基因改变与子代器官发育

印迹基因是由大约100个基因组成的一类特殊子集,主要以亲本单等位基因的方式表达,对胚胎的生长发育具有重要作用.近年来发现,环境因素所引起的印迹基因表观遗传修饰改变可造成胎儿多脏器发育不良甚至成年后多疾病易感,且存在多代遗传效应.本文基于国内外最新研究进展,总结了印迹基因表达改变对个体发育阶段以及生命后期器官功能的影响,...     

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。     

糖皮质激素对胎儿下丘脑-垂体-肾上腺皮质轴的印迹效应

现已发现,糖皮质激素（glucocorticoids,GC)参与神经细胞的发生、分化、成熟及死亡。在胎儿脑发育的关键时期,接触过高浓度的GC将会影响其出生后的下丘脑－垂体－肾上腺轴（HPA轴）的功能。HPA轴与应激反应密切相关,对孕期暴露于高浓度的GC非常敏感。GC主要是通过以下三点来编程成年HPA轴功能的：（1）脑干神经系统的发育和功能;（2）海马皮质类固醇受体发育状态;（3）室旁核神经元的发育和功能。孕期接触高浓度的GC还可以直接影响脑结构的发育。GC对HPA轴功能及脑结构的影响则导致了成年行为的改变及一系列疾病的发生。     

IGF2基因组印迹系统人重组腺病毒载体的构建与鉴定

目的:构建携带IGF2印迹系统的腺病毒载体,并验证其在肿瘤细胞及正常细胞中的功效,为IGF2印迹在肿瘤靶向治疗中的应用提供理论基础.方法:将人源的IGF2印迹系统启动子H19、增强子enhancer及甲基化区域CTCF克隆至穿梭质粒pDC-312中构建IGF2基因印迹系统,从pDC-315-EGFP质粒中扩增出EGFP片段插入到构建好的IGF2印迹系统中,然后与腺病毒骨架Ad5通过脂质体Lipofectamine2000介导共转染HEK293细胞,包装成有感染能力的腺病毒Ad-H19-CTCF-enlmncer-EGFP,命名为Ad-EGFP;构建好的腺病毒分别感染IGF2基因印记保持的细胞MCF-7和GES-1及IGF2基因印迹丢失的细胞HRT-18,荧光显微镜下观察EGFP在三种细胞中表达的差异.结果:转染腺病毒载体的HEK293细胞表达EGFP随着时间逐渐增强,并且出现明显的细胞病变效应,EGFP在HRT-18细胞中有大量表达,在MCF-7和GES-1细胞中不表达或仅有少量表达.结论:成功构建了携带IGF2基因印迹系统的腺病毒载体,证明其在IGF2基因印迹丢失的肿瘤细胞中特异性的表达,在正常细胞及IGF2基因印迹保持细胞中不表达,为IGF2基因印迹系统应用于肿瘤细胞的靶向治疗提供了理论基础.     

大葱胚和胚乳的发育

观察了“章丘大葱”胚珠、胚囊的结构,胚及胚乳的发育。胚发育属紫菀型,经历球胚前的原胚、球胚、椭形胚、凹形胚、长棒形胚及弯形成熟胚等各期。宿存助细胞生存到球形胚期。胚乳发育属核型。球胚晚期,在胚褒珠孔端及合点端,胚乳开始细胞化。由于游离核之间出现了垂周壁,由一层胚乳游离核形成了一层无内切向壁的“开放细胞”。“开放细胞”行平周分裂而形成两层细胞,外层为完整细胞,内层为新的“开放细胞”。如此多次分裂,向心增生胚乳细胞,最后将中央细胞填满。初始的垂周壁来自于间期游离核之间的细胞板,非“自由生长壁”但又未见明显的成膜体。初始的平周壁是正常有丝分裂的胞质分裂的结果,与成膜体,细胞板有关。在球胚晚期,胚乳细胞化后,在中央液泡内观察到游离细胞。     

槐种子发育中胚乳细胞半乳甘露聚糖积累的研究

槐 ( Sophora japonica L.)开花约 60 d至种子成熟 ,为胚乳半乳甘露聚糖积累期。用组织化学方法 ,对储藏于胚乳细胞壁上的半乳甘露聚糖的形成积累进行了观察 ,结果表明 ,半乳甘露聚糖最先在邻近胚的胚乳细胞的粗面内质网的囊泡腔内形成 ,并通过细胞质膜分泌至细胞壁周围。此后 ,半乳甘露聚糖的积累逐渐向种皮方向扩展 ,及至种子成熟时 ,除糊粉层外 ,所有胚乳细胞几乎全由多糖所填充。此外 ,对半乳甘露聚糖发生部位及其积累过程的消长变化进行了讨论     

拟南芥印迹基因MEA

MEDEA(MEA)是第1个在拟南芥胚乳中发现的印迹基因.MEA基因的印迹受甲基转移酶MET1和DNA糖基酶DME之间的拮抗作用调控.MEA基因编码polycomb group(PcG)蛋白,并与FIE、MSI1等其他PcG蛋白形成复合物,维持与细胞增殖相关基因的表达抑制状态.mea突变会启动未受精状态下中央细胞核的复制,而使种子发生败育.目前已发现Ⅰ型MADSbox基因PHERES1是受MEA直接作用的.研究MEA基因对种子发育的调控,不仅有助于阐明原胚及胚乳启动的机制,在无融合生殖研究中也有意义.PcG蛋白在动植物中的强保守性说明,PcG基因印迹在个体发育过程中有调控作用.     

基因印记与lncRNA

基因印记是一种表观遗传调控机制,在二倍体哺乳动物的发育过程中,基因印记可以调控来自亲代的等位基因差异表达。非编码RNA是不编码蛋白质的RNA,它在RNA水平调控基因表达。研究表明大多数印记基因中存在长非编码RNA（长度>200nt的非编码RNA）的转录,长非编码RNA主要通过顺式的转录干扰作用来实现基因印记。同时基因印记及其相关的长非编码RNA异常表达与许多先天疾病相关,迄今已发现数十种人类遗传疾病与基因印记有关,而lncRNA引起的基因印记在疾病的发生和治疗中起着重要作用。     

Genomic Imprinting Leads to Less Selectively Maintained Polymorphism on X Chromosomes

Population-genetic models are developed to investigate the consequences of viability selection at a diallelic X-linked locus subject to genomic imprinting. Under complete paternal-X inactivation, a stable polymorphism is possible under the same conditions as for paternal-autosome inactivation with differential selection on males and females. A necessary but not sufficient condition is that there is sexual conflict, with selection acting in opposite directions in males and females. In contrast, models of complete maternal-X inactivation never admit a stable polymorphism and alleles will either be fixed or lost from the population. Models of complete paternal-X inactivation are more complex than corresponding models of maternal-X inactivation, as inactivation of paternally derived X chromosomes in females screens these chromosomes from selection for a generation. We also demonstrate that polymorphism is possible for incomplete X inactivation, but that the parameter conditions are more restrictive than for complete paternal-X inactivation. Finally, we investigate the effects of recurrent mutation in our models and show that deleterious alleles in mutation–selection balance at imprinted X-linked loci are at frequencies rather similar to those with corresponding selection pressures and mutation rates at unimprinted loci. Overall, our results add to the reasons for expecting less selectively maintained allelic variation on X chromosomes.     

哺乳动物基因组印记的研究进展

基因组印记是由亲本来源不同而导致等位基因表达差异的一种遗传现象。基因组印记产生的原因及过程是现代遗传学的一个热点问题。哺乳动物的许多基因组印记特征都使其成为后基因组时代的一个热点生物学问题。进化的基因组印记在哺乳动物生殖、发育中起到了特定的作用。综述了基因组印记的特点、印记基因的印记机理、基因印记与克隆动物的发育、印记基因与疾病的研究进展。     

Genomic Imprinting As a Window into Human Language Evolution

Humans spend large portions of their time and energy talking to one another, yet it remains unclear whether this activity is primarily selfish or altruistic. Here, it is shown how parent‐of‐origin specific gene expression—or “genomic imprinting”—may provide an answer to this question. First, it is shown why, regarding language, only altruistic or selfish scenarios are expected. Second, it is pointed out that an individual's maternal‐origin and paternal‐origin genes may have different evolutionary interests regarding investment into language, and that this intragenomic conflict may drive genomic imprinting which—as the direction of imprint depends upon whether investment into language is relatively selfish or altruistic—may be used to discriminate between these two possibilities. Third, predictions concerning the impact of various mutations and epimutations at imprinted loci on language pathologies are derived. In doing so, a framework is developed that highlights avenues for using intragenomic conflicts to investigate the evolutionary drivers of language.     

Genomic Imprinting and Problem of Parthenogenesis in Mammals

Genomic imprinting belongs by its nature to problems of epigenetics, which studies hereditary changes in gene expression not related to defective sequences of DNA nucleotides. Epigenetic mechanisms of control, including genomic imprinting, are involved in many processes of normal and pathological development of humans and animals. Disturbances of genomic imprinting may lead to various consequences, such as formation of developmental anomalies and syndromes in humans, appearance of the large offspring syndrome and increased mortality upon cloning of mammals, and death of parthenogenetic embryos soon after implantation and beginning of organogenesis. The death of diploid parthenogenetic or androgenetic mammalian embryos is determined by the absence of expression of the genes of imprinted loci of the maternal or paternal genome, which leads to significant defects in development of tissues and organs. A review is provided of the studies aimed at search of possible normalization of misbalanced gene activity and modulation of genomic imprinting effects during parthenogenetic development in mammals.__________Translated from Ontogenez, Vol. 36, No. 4, 2005, pp. 300–309.Original Russian Text Copyright © 2005 by Platonov.     

分子印迹技术研究新进展

分子印迹技术是在近十几年来才发展起来的一门边缘科学技术。它结合了高分子化学、生物化学等学科 ,是模拟抗体 -抗原相互作用的一种新技术 ,具有选择性识别位点的性质。现已应用于色谱分离、抗体和受体模拟物、固相萃取、生物传感器等领域。     

基因组印记中的长非编码RNA

长非编码RNA(lnc RNA)是长度大于200 bp的一类非编码蛋白的RNA,因其在基因组中含量巨大以及重要的生物学功能引起了学术界的广泛关注.基因组印记是一种表观遗传现象,lnc RNAs通过建立靶基因的印记而发挥重要的生物功能.基因组印记可以用来研究lnc RNAs在转录和转录后水平调控基因表达的分子机制.本文选取6个印记机制研究比较透彻的印记区域,包括Kcnq1/Cdkn1c、Igf2r/Airn、Prader-Willi(PWS)/Angelman(AS)、Snurf/Snrpn、Dlk1-Dio3和H19/Igf2.通过介绍包括基因间lnc RNAs(H19、Ipw和Meg3)、反义lnc RNAs(Kcnq1ot1、Airn、Ube3a-ATS)和增强子lnc RNAs(IG-DMR e RNAs)在内的3种类型lnc RNAs在印记调控中的作用,从而了解lnc RNAs通过顺式或(/和)反式作用多种机制调控亲本特异性靶基因的表达.了解印记基因簇中lnc RNAs的作用方式将有助于我们揭示lnc RNAs在整个基因组中的作用机制.