植物RNA聚合酶Ⅳ调控DNA甲基化和发育的研究进展

DNA甲基化是一类稳定可遗传的表观遗传修饰,在调控基因表达、沉默转座子和维持基因组稳定性等方面发挥重要作用。植物中,DNA从头甲基化通过RNA指导的DNA甲基化(RNA-directedDNAmethylation,RdDM)途径建立。植物特有的DNA依赖的RNA聚合酶Ⅳ(DNA-dependent RNA polymerase Ⅳ, Pol Ⅳ)是RdDM途径核心蛋白,转录产生非编码RNA,通过RdDM途径引导从头建立DNA甲基化,进而调控植物基因表达和生长发育。Pol Ⅳ行使功能受多个蛋白调控：组蛋白阅读器SHH1 (SAWADEE homeodomain homolog 1)识别H3K9甲基化引导Pol Ⅳ到基因组特定位点;染色质重塑因子CLSY (CLASSY)蛋白家族协助Pol Ⅳ识别靶位点;RNA依赖的RNA聚合酶2 (RNA-dependent RNA polymerase 2, RDR2)将Pol Ⅳ转录产生的单链RNA转换成双链RNA。本文总结了Pol Ⅳ及其调控蛋白调控植物DNA甲基化和发育的研究进展,以期为DNA甲基化研究和农作物育种提供参考。     

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.     

组蛋白乙酰化/去乙酰化与基因表达调控

组蛋白是真核生物染色质的主要成分,组蛋白修饰(如甲基化、乙酰化、磷酸化、泛素化等)在真核生物基因表达调控中发挥着重要的作用.在这些修饰中,组蛋白乙酰化/去乙酰化尤为重要.组蛋白乙酰化/去乙酰化可通过改变染色质周围电荷或参与染色质构型重建而影响基因表达;更重要的是组蛋白乙酰化/去乙酰化可形成一种特殊的“密码”,被其它蛋白质识别,影响多种蛋白质因子的活动或与其相互作用,参与到基因表达调控的整个网络中.     

植物表观遗传修饰与病原菌胁迫应答研究进展

真核生物基因表达受到染色质结构的调控,组蛋白与DNA的共价修饰构成表观遗传标签,并在植物胁迫应答如防御病原菌侵染过程中起重要作用.病原菌侵染可引起基因组整体DNA甲基化模式变化及胁迫应答基因的位点特异性去甲基化,导致植物抗性基因表达上调或下调,并进一步调控植物对病原菌的胁迫应答;组蛋白去乙酰化酶HDAC通过茉莉酸途径增强植物对病原菌的胁迫应答;此外,染色质重塑复合物Swr1复合体通过识别DNA基元和组蛋白乙酰化修饰状态靶向基因启动子,负调控SA敏感基因.该文从DNA甲基化、组蛋白乙酰化、甲基化修饰,染色质重塑等方面着重阐述植物与病原菌互作过程中发生的主要事件的分子基础及其研究进展.     

染色质免疫沉淀技术在研究DNA与蛋白质相互作用中的应用

在后基因组时代,DNA-蛋白质的相互作用是研究基因表达调控的一个重要领域。与其他方法相比,染色质免疫沉淀技术（chromatin immunoprecipitation assay, ChIP）是一种在体内研究DNA-蛋白质相互作用的理想的方法。近年来这种方法与DNA芯片和分子克隆技术相结合,可用于高通量的筛选已知蛋白因子的未知DNA靶点和研究反式作用因子在整个基因组上的分布情况,这将有助于深入理解DNA-蛋白质相互作用的调控网络。总结了染色质免疫沉淀技术的方法,特别介绍了使用这些方法取得的最新进展。     

沙棘H3K9乙酰化修饰全基因组分析

为了绘制沙棘H3K9乙酰化修饰图谱,确定H3K9乙酰化修饰所调控的基因,该实验通过Western blot验证抗体与组蛋白的结合能力和ChIP-seq验证抗体富集效率,获得全基因组范围内沙棘H3K9乙酰化修饰图谱和调控基因。实验结果表明,H3K9ac抗体与复合物具有较强的结合能力。对富集到的DNA片段进行高通量测序,分别获得2.2×10~7和3.6×10~7条原始序列;唯一比对序列广泛分布于沙棘基因组中,并且在结构基因中的两端具有明显的富集。对富集区进行峰的预测结果显示,共预测出1 011个峰;对峰所处部位基因进行功能预测结果发现,H3K9ac对于沙棘细胞代谢和信号转导基因的表达具有重要调控作用。沙棘片段化DNA的富集以及高通量测序结果证明,抗体能够用于研究沙棘的组蛋白修饰类型,并且绘制了沙棘第一张H3K9乙酰化修饰遗传图谱草图,鉴定出沙棘H3K9乙酰化修饰所调控的基因,为今后研究组蛋白修饰对沙棘基因表达的调控方式奠定了基础。     

《自然》《基因与发育》:科学家破译"组蛋白密码"识别新机制

<正>清华大学医学院基础医学系和结构生物学中心李海涛课题组利用上海光源生物大分子晶体学线站,从结构生物学角度解析组蛋白甲基化修饰识别新机制,进一步揭开了错综复杂的表观遗传调控的神秘面纱。相关成果近期分别在线发表于《自然》和《基因与发育》杂志。据了解,真核生物基因表达调控不仅依赖于特定的DNA序列元件,还受到特定组蛋白翻译后修饰的精密调节。组蛋白变体和组蛋白修饰赋     

组蛋白乙酰化、DNA甲基化在肿瘤发生中的作用

组蛋白乙酰化和DNA甲基化调控基因表达的两种主要方式,目前认为组蛋白乙酰化和DNA低甲基化可促进基因表达,而组蛋白去乙酰化和DNA高甲基化可抑制基因表达,组蛋白乙酰化和DNA甲基化这两种分子机制相互协调,实现基因表达的精细调控。     

植物细胞分化过程中DNA甲基化及组蛋白修饰调控研究

在植物发育过程中,除了遗传调控激活或抑制基因表达来促进植物发育过程中细胞分化外,表观遗传学是另外一个重要的、复杂的调控层面,在该过程中通过DNA特异位点的甲基化,组蛋白的翻译后修饰改变染色质的状态,进而时空性调控植物发育调控因子的表达。分化细胞提供了一个研究组蛋白密码如何影响细胞命运功能强大的系统。本研究重点综述了表观遗传调控中DNA甲基化、组蛋白甲基化及组蛋白乙酰化在植物细胞分化中的调控作用。     

基因组DNA甲基化及组蛋白甲基化

在真核生物中,DNA甲基化是一种非常重要的表观遗传学标记,能影响染色质的结构和基因的表达。随着全基因组甲基化测序的发展,全基因组范围内的DNA甲基化水平得以了解。文章概述了基因组中启动子、基因本体、增强子、沉默子和转座子等不同元件的DNA甲基化的研究进展,以及DNA甲基化与基因表达调控间的关系。启动子的DNA甲基化对基因的表达有抑制作用,而基因本体的DNA甲基化与基因的表达关系因物种或细胞类型不同而异。增强子的DNA甲基化状态与基因活性呈反比关系,沉默子则相反呈正相关。转座子的DNA高度甲基化抑制其转座活性,从而维持基因组的稳定性。文章还探讨了DNA甲基化与组蛋白甲基化间的相互作用及其对基因表达、可变剪切、转录的调控作用,以及本领域的未来研究方向。     

组蛋白修饰及其生物学效应

组蛋白是染色质的主要成分之一,其氨基端的氨基酸残基可以被共价修饰,进而改变染色质构型,导致转录激活或基因沉默。组蛋白修饰除了简单地调控基因表达,更在于它可以招募蛋白复合体,影响下游蛋白,从而参与细胞分裂、细胞凋亡和记忆形成,甚至影响免疫系统和炎症反应等。不仅如此,最近的研究表明,组蛋白修饰与CTD密码、生物节律、DNA修复之间也存在一定的联系。这些发现证明了组蛋白修饰的重要性。在组蛋白的密码形成与密码破译、修饰级联与招募蛋白质过程中,蛋白复合体的特殊结构域起到的中介作用都是无法替代的。因此,这些特殊结构域将是了解"组蛋白密码"的关键。目前质谱分析等技术的广泛应用,正使得许多新的结构域不断被发现。文章旨在对组蛋白密码的基本内容作一述评,同时对可能的研究热点进行展望。     

植物SET蛋白

SET蛋白是一类包含保守的SET结构域、与组蛋白甲基化密切相关的蛋白质。组蛋白修饰作为调控基因表达的重要因素,在植物体基因转录调控中发挥关键的作用。有关SET蛋白的研究为深入了解组蛋白修饰的机制提供了重要信息。植物SET蛋白具有保守的结构特征及进化机制,参与众多细胞核内的反应过程,如染色体的浓缩和分离,基因的转录,以及DNA的复制和修复等,调控植物基因的表达,影响植物体的发育。     

DNA甲基化在植物与双生病毒互作中的作用

DNA甲基化是一种重要的表观遗传修饰,在维持基因组稳定、调控基因表达、转座子沉默以及植物抗逆等过程中具有重要作用.基因组为单链环状DNA的双生病毒复制过程中形成的双链DNA与组蛋白结合形成微染色体,可诱导并成为DNA甲基化的靶标.而相应地,双生病毒在与植物长期斗争中,进化出多种不同类型的抑制子并且通过不同的策略来抑制DNA甲基化以逃脱植物的防御反应.本文将结合植物与病毒互作中的研究重点,简述DNA甲基化在植物抗双生病毒方面的研究进展,并围绕双生病毒编码的蛋白抑制DNA甲基化的机制进行综述,以更好地理解植物中DNA甲基化介导的表观遗传调控在植物与双生病毒互作中的作用.     

水稻表观基因组研究进展

水稻是世界上主要的粮食作物之一,也是功能基因组研究的模式植物。近年来水稻表观基因组研究取得了重大进展,表观基因组是指在特定的内在和外界环境条件下,细胞内全基因组染色质的修饰(如DNA甲基化、组蛋白修饰、核小体在基因组DNA上的排列等)状态。表观基因组在调控水稻生长发育、产量、品质、适应性以及抗性等基因表达重编程过程中起重要作用,在水稻生物学和遗传育种学研究中起着重要的作用。现试图描述水稻表观基因组的特征,总结近年来研究所取得的成就,讨论未来的发展方向。     

组蛋白修饰调控衰老过程的机制研究进展

组蛋白(histone)是真核生物染色质的主要蛋白质组分,具有类型多样的翻译后共价修饰,包括乙酰化、甲基化、泛素化、SUMO化、磷酸化等.组蛋白修饰是表观遗传调控网络的重要组成部分,参与调控基因转录、DNA复制和损伤修复等基因组DNA相关的生物学过程.物种的寿命由物种基因组和基因组与环境的相互作用决定.最近的研究表明,组蛋白修饰在多种模式生物衰老过程中呈现动态变化,且特定组蛋白修饰的改变可以延长模式生物的寿命,从而有望为延缓衰老、预防和治疗衰老相关疾病的研究带来新思路.本文总结了近年来组蛋白修饰调控衰老过程的研究进展.     

RNA干扰与染色质沉默——生物体内精密的网络调控机制

基因表达受不同层次的调控.RNA干扰通过产生双链小RNA诱导同源mRNA序列降解,从而在转录后抑制特定基因的表达.最新的研究成果显示：RNA干扰产生的双链小RNA可通过与染色质中的重复序列DNA及组蛋白甲基化酶相互作用,引起组蛋白H3 Lys9的甲基化,进一步与异染色质形成相关蛋白结合,导致染色质沉默.综述了RNA干扰,小RNA,组蛋白修饰,染色质沉默及基因表达调控之间存在着精密的网络调控机制.     

表观遗传学研究的模式生物——粗糙脉孢菌

丝状真菌粗糙脉孢菌是一种作为遗传学研究的经典模式生物.通过对粗糙脉孢菌5S r RNA基因的组成和在染色体上分布的研究,揭示了丝状真菌中存在的一种基因组防御机制——重复序列诱导的DNA点突变(RIP).通过对发生突变的5S r RNA假基因的研究还发现,粗糙脉孢菌中存在一种重要的表观遗传修饰——DNA甲基化,随后的深入研究使粗糙脉孢菌成为解析DNA甲基化机制的最重要模式生物之一.粗糙脉孢菌基因转化操作引起的营养生长阶段同源基因的沉默(quelling)是由RNAi途径调控的,同时该途径也是调控减数分裂过程中非配对DNA诱发的基因沉默(meiotic silencing)的关键.由于粗糙脉孢菌基因组简单,且存在与高等真核生物相同的DNA甲基化和多种组蛋白的修饰,使其成为今后深入研究组蛋白修饰与染色质重塑等表观遗传现象参与基因表达调控和基因组稳定性维持的重要模式生物之一.     

综述: 表观遗传学研究的模式生物——粗糙脉孢菌

丝状真菌粗糙脉孢菌是一种作为遗传学研究的经典模式生物．通过对粗糙脉孢菌5S rRNA基因的组成和在染色体上分布的研究,揭示了丝状真菌中存在的一种基因组防御机制——重复序列诱导的DNA点突变(RIP)．通过对发生突变的5S rRNA假基因的研究还发现,粗糙脉孢菌中存在一种重要的表观遗传修饰——DNA甲基化,随后的深入研究使粗糙脉孢菌成为解析DNA甲基化机制的最重要模式生物之一．粗糙脉孢菌基因转化操作引起的营养生长阶段同源基因的沉默(quelling)是由RNAi途径调控的,同时该途径也是调控减数分裂过程中非配对DNA诱发的基因沉默(meiotic silencing)的关键．由于粗糙脉孢菌基因组简单,且存在与高等真核生物相同的DNA甲基化和多种组蛋白的修饰,使其成为今后深入研究组蛋白修饰与染色质重塑等表观遗传现象参与基因表达调控和基因组稳定性维持的重要模式生物之一．     

拟南芥和水稻JMJC蛋白的研究进展

表观遗传学是研究在基因的DNA序列没有改变的情况下,但功能发生了可遗传性变化的遗传学分支学科。JMJC蛋白是表观遗传学调控中的一类关键酶,其功能是催化组蛋白赖氨酸的去甲基化,通过染色质重塑或基因组印迹等途径调控基因的表达,影响植物的生长发育。综述拟南芥和水稻JMJC蛋白家族的近期研究进展,以期探讨JMJC组蛋白去甲基化酶对拟南芥和水稻生长发育的影响及其调控的分子基础。     

组蛋白的生物素酰化修饰

组蛋白修饰对基因表达的表观遗传学调控起着重要作用。组蛋白生物素酰化修饰是近年来新发现的一种组蛋白修饰,具有重要的生物学功能。有证据表明组蛋白生物素酰化在细胞增殖、DNA修复、维持基因组稳定等方面发挥作用。组蛋白的生物素酰化修饰是由羧化全酶合成酶与组蛋白直接相互作用的结果。本文主要介绍了组蛋白生物素酰化发现的过程,并对近年来在组蛋白生物素酰化催化机制和组蛋白生物素酰化功能方面的研究进展进行了综述,最后对组蛋白生物素酰化研究领域存在的问题进行了探讨。