植物表观遗传与DNA甲基化

表观遗传在植物生长发育过程中起着极其重要的作用。甲基化是基因组DNA的一种主要表观遗传修饰形式,是调节基因功能的重要手段。介绍了植物体中胞嘧啶甲基化现象,RNA指导的DNA甲基化的信号分子、作用机制,以及与RNA介导的基因沉默机制之间的区别和RNA对转座子的表观控制。     

植物多倍体中的基因组印记

植物多倍体在自然界中广泛存在,这说明拥有多套遗传物质使得多倍体的适应进化具有优势。新多倍体形成后,一些基因组范围的变化较迅速地发生在多倍体形成开端,另一些在长期进化中发生。由于受到遗传、表观等因素的影响,亲本对于新形成多倍体基因组的贡献不均衡。这种偏向于某个亲本基因组的显性优势,称为基因组印记。植物多倍体中的基因组印记表现为基因组偏向性的序列消除、不均衡基因表达、基因沉默,这些受到基因组合并及DNA甲基化、核仁显性等表观因素影响。本文旨在为多倍体基因组进化及育种的相关研究提供参考。     

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。     

表观遗传学与人类疾病的研究进展

在过去的几年里,人们对表观遗传疾病的机理有了新的认识,这些疾病与染色质重塑、基因组印记、X染色体失活以及非编码RNA调控这4个表观遗传过程相关。这4个过程通过调节染色质结构,在染色体或基因簇水平上对基因表达进行调控;异常调控导致复杂的突变且表现为出生前后生长发育和神经功能的异常。对这些疾病的探讨为表观遗传机制的研究提供了很好的模型,进而有助于生物医学的研究。文章就表观遗传学和表观遗传疾病机制的研究进展做一综述。     

表观遗传学与人类表观基因组计划

表观遗传学已被用来描述许多生物学过程,成为生物学与医学领域中热点的学科之一.本文简要介绍表观遗传学与表观遗传基因组学的概念、人类表观基因组计划研究的目标与意义,并阐述DNA甲基化、组蛋白修饰、染色质重塑和非编码微小RNA等表观遗传学调控基因表达的机制.我们已经认识到人类疾病基因缺损可能部分或完全与表观遗传有关.所以,研究疾病状态下非突变的、可逆的表观遗传调节,以及治疗的可能性具有重要实际意义.     

植物DNA甲基化及其表观遗传作用

表观遗传学(epigenetics)是研究没有DNA序列变化的、可遗传的基因表达的改变。目前研究表明,表观遗传学在植物生长发育过程中起着极其重要的作用,主要通过包括DNA甲基化、RNA干涉、基因组印记、转基因沉默等多个方面来调控植物的生长发育。其中,DNA甲基化是表观遗传学的最重要研究内容之一,是调节基因组功能的重要手段。现对植物DNA甲基化的特征、维持机制、调控机制、表观遗传作用及其研究方法进行简要论述。     

表观遗传修饰与肿瘤

肿瘤的形成受遗传学修饰和表观遗传修饰的影响。长期以来人们一直认为基因突变参与肿瘤的形成,近年来越来越多的证据表明,表观遗传修饰在肿瘤进展中同样具有非常重要的作用。表观遗传调控可以影响基因转录活性而不涉及DNA序列的改变。本文介绍了肿瘤发生发展过程中出现的表观遗传修饰异常,以及通过干预表观遗传修饰治疗肿瘤的应用前景。     

印记遗传

印迹遗传是一种的遗传方式,其主要特征是：在配子形成时期,亲本对基因组的某些部分作专一性修饰或其它标记。等位基因因是否被标记而在子代中有不同的表型。遗传鲩迹可能与ＤＮＡ的甲基化有关,现在已发现很多人类遗传与遗传印迹有关。因此对遗传印的进一步有助于揭示人类遗传病的发生机制和对遗传病的治疗。     

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。     

生殖细胞及早期胚胎基因组印记的表观调控

基因组印记是一种区别父母等位基因的表观遗传过程,可导致父源和母源基因特异性表达。印记是在配子发生过程中全基因组表观重编程时获得的,且在早期胚胎发育过程中得以维持。因此,在全基因组重编程过程中,对印记的识别和维持十分重要。本文概述了原始生殖细胞的印记清除、双亲原始生殖细胞的印记获得以及早期胚胎发育过程中印记维持的相关过程,并对在印记区域内保护印记基因免受全基因组DNA去甲基化的表观遗传因子的相关作用机制进行了讨论。     

Epigenetic reprogramming in mammalian nuclear transfer

With the exception of lymphocytes, the various cell types in a higher multicellular organism have basically an identical genotype but are functionally and morphologically different. This is due to tissue-specific, temporal, and spatial gene expression patterns which are controlled by genetic and epigenetic mechanisms. Successful cloning of mammals by transfer of nuclei from differentiated tissues into enucleated oocytes demonstrates that these genetic and epigenetic programs can be largely reversed and that cellular totipotency can be restored. Although these experiments indicate an enormous plasticity of nuclei from differentiated tissues, somatic cloning is a rather inefficient and unpredictable process, and a plethora of anomalies have been described in cloned embryos, fetuses, and offspring. Accumulating evidence indicates that incomplete or inappropriate epigenetic reprogramming of donor nuclei is likely to be the primary cause of failures in nuclear transfer. In this review, we discuss the roles of various epigenetic mechanisms, including DNA methylation, chromatin remodeling, imprinting, X chromosome inactivation, telomere maintenance, and epigenetic inheritance in normal embryonic development and in the observed abnormalities in clones from different species. Nuclear transfer represents an invaluable tool to experimentally address fundamental questions related to epigenetic reprogramming. Understanding the dynamics and mechanisms underlying epigenetic control will help us solve problems inherent in nuclear transfer technology and enable many applications, including the modulation of cellular plasticity for human cell therapies.     

Epigenetic instability at imprinting control regions in a KrasG12D-induced T-cell neoplasm

Although aberrant DNA methylation within imprinted domains has been reported in a variety of neoplastic diseases, it remains largely uncharacterized in the context of carcinogenesis. In this study, we induced T-cell lymphoma in mice by employing a breeding scheme involving mouse strains, LSL-Kras^G12D and MMTV-Cre. We then systematically surveyed imprinted domains for DNA methylation changes during tumor progression using combined bisulfite restriction analysis and NGS-based bisulfite sequencing. We detected hyper- or hypo-methylation at the imprinting control regions (ICRs) of the Dlk1, Peg10, Peg3, Grb10, and Gnas domains. These DNA methylation changes at ICRs were more prevalent and consistent than those observed at the promoter regions of well-known tumor suppressors, such as Mgmt, Fhit, and Mlh1. Thus, the changes observed at these imprinted domains are the outcome of isolated incidents affecting DNA methylation settings. Within imprinted domains, DNA methylation changes tend to be restricted to ICRs as nearby somatic differentially methylated regions and promoter regions experience no change. Furthermore, detailed analyses revealed that small cis-regulatory elements within ICRs tend to be resistant to DNA methylation changes, suggesting potential protection by unknown trans-factors. Overall, this study demonstrates that DNA methylation changes at ICRs are dynamic during carcinogenesis and advocates that detection of aberrant DNA methylation at ICRs may serve as a biomarker to enhance diagnostic procedures.     

甲基化修饰在细菌表观调控中的功能

为了适应复杂多变的生存环境,微生物通常需要在保证基因组序列不变的前提下不断调整胞内代谢网络。表观调控可以在不改变DNA序列的情况下对基因表达进行调控,因此成为细菌中重要的调控方式。作为一种DNA修饰,DNA甲基化修饰是生物体中最常见的表观调控工具。在本文中我们全面、深入解析了两种孤儿甲基转移酶:DNA腺嘌呤甲基转移酶(DNA adenine methyltransferase,Dam)和细胞周期调控甲基转移酶(Cell cycle-regulated methyltransferase,Ccr M)在原核生物中的表观调控功能。我们主要探讨了DNA甲基化参与的细胞生理过程包括DNA复制起始、DNA错配修复、基因表达调控、致病性和相变异等方面。同时,我们结合三维基因组研究技术基因组结构捕获(Chromosome conformation capture,3C)技术和新型DNA磷硫酰化修饰讨论了该领域的发展前景。