昆虫DNA甲基化的研究进展

DNA甲基化是表观遗传学的一个分支学科,因其在调控基因表达和生物体许多生理生化过程具有重要的作用,近年来逐渐受到广泛关注。昆虫由于种类繁多,变态发育和表型复杂,研究DNA甲基化的功能具有重要的意义。昆虫DNA甲基化需要由DNA甲基化转移酶(Dnmts)参与完成,其数量和结构在不同物种中差异较大。大多数昆虫均具有维持DNA甲基化水平的Dnmt1,缺乏行使从头DNA甲基化功能的Dnmt3,Dnmt2(也称为TRDMT1)虽保守存在但其DNA结合的能力极其微弱。昆虫DNA甲基化的总体水平较低,并且呈现不同龄期和组织的时空分布特异性。在昆虫基因组中,以外显子区的DNA甲基化水平最为显著,具有增强基因表达的功能,表现出在序列保守和广泛表达的基因中水平高、在特异表达的基因中水平低的进化特征。目前用于研究昆虫DNA甲基化的方法主要有生物信息学预测和甲基化特异限制性内切酶、甲基化敏感扩增多态性、基因组DNA甲基化测序等实验研究方法。本文就昆虫DNA甲基化转移酶的特性、DNA甲基化的分布与进化及其研究方法进行综述,旨在深入了解昆虫DNA甲基化的研究现状及其重要作用,为促进该研究领域的发展提供新的思路和方法。     

蜜蜂级型分化机理

蜜蜂Apis spp.能有效地为多种植物及农作物授粉, 具有重要的经济和生态价值; 蜜蜂作为高度真社会性昆虫, 已成为社会生物学研究的模式生物。社会性昆虫的生殖劳动分工具有重要的进化意义, 而级型分化是形成生殖劳动分工的基础。近年来, 关于蜜蜂级型分化的研究已取得诸多重要成果, 其机理也得到了较为深入的阐释。营养差异引发蜜蜂幼虫的级型分化。蜂王浆中的主要蛋白组分之一--Royalactin是诱导蜂王发育的关键营养因子, 而脂肪体细胞的表皮生长因子受体介导了Royalactin的这种蜂王诱导作用。DNA甲基化是重要的表观遗传机制之一, 且与个体发育和疾病发生紧密相关, 近来的研究表明DNA甲基化在蜜蜂级型分化过程中发挥重要的调控作用。此外, 越来越多的研究进一步深化了人们对内分泌系统调节级型分化作用的认识。本文从关键营养因子调控、 表观遗传调控和内分泌调节3方面综述蜜蜂级型分化的机理, 并对未来的研究提出可能的方向。     

表观遗传学与蜜蜂级型分化的研究进展

蜜蜂是一种高度社会化的昆虫,一个完整健康的蜂群通常是由蜂王、工蜂和雄蜂组成。尽管蜂王和工蜂的遗传物质相同,但它们在形态特征、行为职能和寿命方面表现出显著的差异。许多研究结果表明,营养因素是造成蜜蜂级型分化现象的主要原因,它可以影响蜂王幼虫和工蜂幼虫体内大量基因和蛋白的差异表达。随着表观遗传学的发展,人们对基因表达的调控机制有了新的认识,它与DNA甲基化、非编码RNA调控和组蛋白乙酰化等密切相关。这也为蜜蜂级型分化的分子机制提供了新的理论。本文就表观遗传学和蜜蜂级型分化的研究进展做一综述。     

DNA甲基化与基因表达调控研究进展

表观遗传修饰是指不改变DNA序列的、可遗传的对碱基和组蛋白的化学修饰,主要包括DNA甲基化、组蛋白修饰、染色质重塑以及非编码RNA等.表观遗传修饰是更高层次的基因表达调控手段.DNA甲基化是一种重要的表观遗传修饰,参与基因表达调控、基因印记、转座子沉默、X染色体失活以及癌症发生等重要生物学过程.近年来随着研究方法和技术的进步,全基因组DNA甲基化的研究广泛兴起,多个物种全基因组甲基化图谱被破译,全局水平对DNA甲基化的研究不仅利于在宏观层面上了解DNA甲基化的特性与规律,同时也为深入分析DNA甲基化的生物学功能与调控奠定了基础.结合最新研究进展综述DNA甲基化在基因组中的分布模式、规律以及和基因转录的关系等.     

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。     

DNA甲基转移酶的表达调控及主要生物学功能

DNA甲基化是表观遗传学的重要部分, 同组蛋白修饰相互作用, 通过改变染色质结构, 调控基因表达。在哺乳类细胞或人体细胞中, DNA甲基化与细胞的增殖、衰老、癌变等生命现象有着重大关系。对催化DNA甲基化的DNA甲基转移酶(DNA methyltransferase, Dnmt)的研究可以揭示DNA甲基化对基因表达调控的机制, 从而研究与之相关的重要生命活动。文章以DNA甲基转移酶作为切入点, 探讨DNA甲基转移酶在基因表达调控中发挥的作用及其主要生物学功能。     

细菌DNA甲基化研究进展

DNA甲基化修饰是细菌调控基因表达的一种重要方式,在很多生理过程中发挥非常关键的作用.本文系统介绍了细菌DNA甲基化修饰的起源、DNA甲基转移酶,分类总结了DNA甲基化调控基因表达的机制.同时对近年来细菌DNA甲基化的功能、DNA甲基化检测方法的进展进行了综合评述.这些研究对人类了解细菌DNA甲基化表观调控及控制细菌感染具有重要指导意义.     

RNA甲基化修饰调控和规律

表观遗传学修饰包括DNA、RNA和蛋白质的化学修饰,基于非序列改变所致基因表达和功能水平变化。近年来,在DNA和蛋白质修饰基础上,可逆RNA甲基化修饰研究引领了第3次表观遗传学修饰研究的浪潮。RNA存在100余种化学修饰,甲基化是最主要的修饰形式。鉴定RNA甲基化修饰酶及研发其转录组水平高通量检测技术,是揭示RNA化学修饰调控基因表达和功能规律的基础。本文主要总结了近年来本课题组与合作团队及国内外同行在RNA甲基化表观转录组学研究中取得的主要前沿进展,包括发现了RNA去甲基酶、甲基转移酶和结合蛋白,揭示RNA甲基化修饰调控RNA加工代谢,及其调控正常生理和异常病理等重要生命进程。这些系列研究成果证明RNA甲基化修饰类似于DNA甲基化,具有可逆性,拓展了RNA甲基化表观转录组学研究新领域,完善了中心法则表观遗传学规律。     

社会性昆虫级型和行为分化机制研究进展

社会性的出现是生物演化过程中的重要革新, 理解社会性的演化和调控机制具有重要的理论和实际意义。社会性昆虫的个体间有着明显的级型分化和劳动分工, 这有利于它们适应复杂的环境变化。理解社会性昆虫如何产生不同的形态、行为和生活史特性, 一直是进化和发育生物学的重要目标。随着测序技术的不断更新及生物信息学的快速发展, 已经有众多关于社会性昆虫级型和行为分化机制的研究报道。本文通过整理社会性昆虫研究的已有成果, 从环境因素、生理调控和分子机制等方面对社会性昆虫级型和行为分化机制相关研究进展进行了综述, 并对未来的研究方向做出了展望。根据现有证据, 社会性昆虫所生活的生物环境(食物营养、信息素、表皮碳氢化合物)和非生物环境(温度、气候等)均能直接或间接影响社会性昆虫级型和行为的分化; 保幼激素、蜕皮激素、类胰岛素及生物胺等内分泌激素和神经激素对社会性昆虫的级型和行为分化也有重要的调控作用; 此外, 遗传因素、新基因等DNA序列或基因组结构上的变化以及表观遗传修饰、基因的差异表达等基因调控机制均能不同程度地影响社会性昆虫的行为分化。本文建议加强昆虫纲其他社会性类群如半翅目蚜虫和缨翅目蓟马等的社会性行为及其演化机制的研究, 以加深对社会性昆虫起源及其行为演化的理解和认识。     

干细胞中的DNA甲基化

DNA甲基化是表观遗传机制中一种重要的调控方式,它通过调控基因的表达影响一系列的生物学过程。干细胞作为具有自我更新、高度增殖和多向分化潜能的细胞群体,其分化和再生过程必然受到精确的表观调控。DNA甲基化在干细胞的维持、分化调控等方面都发挥着重要作用。现对胚胎干细胞、多能干细胞以及成体干细胞中DNA甲基化及羟甲基化的最新研究进展进行简要综述,回顾并展望DNA甲基化在干细胞中的潜在生物学功能及调控机制,同时为未来在临床诊断治疗及药物研发等方面提供一定的参考。     

Expression of various genes is controlled by DNA methylation during mammalian development

Despite thousands of articles about 5-methylcytosine (m(5)C) residues in vertebrate DNA, there is still controversy concerning the role of genomic m(5)C in normal vertebrate development. Inverse correlations between expression and methylation are seen for many gene regulatory regions [Heard et al., 1997; Attwood et al., 2002; Plass and Soloway, 2002] although much vertebrate DNA methylation is in repeated sequences [Ehrlich et al., 1982]. At the heart of this debate is whether vertebrate DNA methylation has mainly a protective role in limiting expression of foreign DNA elements and endogenous transposons [Walsh and Bestor, 1999] or also is important in the regulation of the expression of diverse vertebrate genes involved in differentiation [Attwood et al., 2002]. Enough thorough studies have now been reported to show that many tissue- or development-specific changes in methylation at vertebrate promoters, enhancers, or insulators regulate expression and are not simply inconsequential byproducts of expression differences. One line of evidence comes from mutants with inherited alterations in genes encoding DNA methyltransferases and from rodents or humans with somatically acquired changes in DNA methylation that illustrate the disease-producing effects of abnormal methylation. Another type of evidence derives from studies of in vivo correlations between tissue-specific changes in DNA methylation and gene expression coupled with experiments demonstrating cause-and-effect associations between DNA hyper- or hypomethylation and gene expression. In this review, I summarize some of the strong evidence from both types of studies. Taken together, these studies demonstrate that DNA methylation in mammals modulates expression of many genes during development, causing major changes in or important fine-tuning of expression. Also, I discuss previously established and newly hypothesized mechanisms for this epigenetic control.     

DNA甲基化与脂肪组织生长发育

DNA甲基化作为一种重要的表观遗传学修饰方式,在维持正常细胞功能、遗传印记、胚胎发育以及人类肿瘤发生中起着重要作用。DNA甲基化最重要的作用是调控基因表达,它是细胞调控基因表达的重要表观遗传机制之一。近年来的研究发现,DNA甲基化在脂肪组织生长发育以及肥胖症发生过程中发挥着重要作用。DNA甲基化通过调控脂肪细胞分化转录因子、转录辅助因子以及其他脂肪代谢相关基因的表达,从而调控脂肪组织的生长发育。该文综述了脂肪组织生长发育过程中DNA甲基化的最新研究进展,探讨了脂肪组织DNA甲基化的研究趋势和未来发展方向。     

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.     

癌症DNA甲基化调控位点的识别

DNA甲基化是一种重要的表观遗传学修饰,在基因的转录调控方面具有重要的作用。异常的DNA甲基化可以导致癌症等复杂疾病发生,癌基因相关的DNA甲基化调控位点的识别对于解析癌症的发生发展机制及识别新的癌症标记具有重要意义。本研究通过整合The Cancer Genome Atlas(TCGA)的泛癌症基因组的高通量甲基化谱和基因表达谱,识别癌基因相关的DNA甲基化调控位点。对于每种癌症分批次计算Cp G位点甲基化与相关基因表达之间的相关性,并筛选调控下游基因的Cp G位点(包括强调控位点、弱调控位点和不调控位点),结果表明仅有一半的Cp G位点对下游基因具有调控作用;对癌症间共享的调控位点的分析发现不同癌症间共享的调控位点不尽相同,表明癌症特异的甲基化调控位点的存在。进一步地,对差异甲基化和差异表达基因的功能富集分析揭示了受甲基化调控的基因确实参与了癌症发生发展相关的功能。本研究的结果是对当前甲基化调控位点集的重要补充,也是识别癌症新型分子标记特征的重要资源。