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.     

人类表观基因组计划

DNA甲基化所致基因表观遗传学转录失活已经成为肿瘤表观基因组学研究的重点内容。基因组水平上研究DNA甲基化模式对于肿瘤疾病的诊断、治疗和预后判断具有重要的实用价值。为此,人类表观基因组协会(HEC)于2003年宣布正式启动为期五年的人类表观基因组计划(HEP)。HEP的实施标志着人类表观基因组学研究又跨上了一个新台阶。     

真核生物基因组DNA 6mA表观修饰研究进展

众所周知,DNA的6mA修饰在原核生物中,特别是细菌中发挥重要的作用,它控制着许多重要的生物学过程,但这种DNA碱基修饰在真核生物中的存在与生物学功能一直还不清楚。近来的一系列研究表明,6mA在真核生物中不仅存在,并且可能是真核生物的一种新表观遗传学标记,具有重要的表观调控功能。现对最新的真核生物6mA修饰研究进展进行简要综述,回顾并展望这种真核生物新表观修饰的基本特征、潜在生物学功能及未来的研究方向。     

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。     

表观遗传与基因组,且行且相随

<正>表观遗传学是遗传学的伴生学科,发源于对多个不能被传统遗传学理论解释的意外现象的探究.早在1930年,诺贝尔生理学或医学奖得主Hermann Muller就观察到了第一个经典的表观遗传学现象,位置效应花斑现象(position effect variegation).随后果蝇中的多梳基因沉默     

基因组时代的计算微生物学

微生物基因组和RNA序列构成生物学数据的重要部分.从基因组出发而且不用序列联配的CVTree和基于16S rRNA序列联配的LVTree,是两套原始数据和计算过程相互独立的构建原核生物亲缘树和分类系统的途径.这两套途径的自动化,使亲缘关系和分类系统成为大数据分析的副产品,可以帮助后继乏人的分类学摆脱困境.特别是基于基因组的CVTree,既提供了大范围研究的工具,又在种以下具有16SrRNA序列分析所不能企及的高分辨力,可以提出和解决一批新问题,开辟若干新方向.本文是相关研究工作的扼要综述.     

基因组时代线粒体基因组拼装策略及软件应用现状

随着测序技术的不断发展,越来越多物种的全基因组数据被测定和广泛应用。在二代基因组数据爆发式增长的同时,除了核基因组数据,线粒体基因组数据也非常重要。高通量测序的全基因组序列中除了核基因组序列也包括线粒体基因组序列,如何从海量的全基因组数据中提取和拼装线粒体基因组序列并加以应用成为线粒体基因组在分子生物学、遗传学和医学等方面的研究方向之一。基于此,从全基因组数据中提取线粒体基因组序列的策略及相关的软件不断发展。根据从全基因组数据中锚定线粒体reads的方式和后续拼装策略的不同,可以分为有参考序列拼装方法和从头拼装方法,不同拼装策略及软件也表现出各自的优势和局限性。本文总结并比较了当前从全基因组数据中获得线粒体基因组数据的策略和软件应用,并对使用者在使用不同策略和相关软件方面给予建议,以期为线粒体基因组在生命科学的相关研究中提供方法上的参考。     

基因组时代的昆虫学研究

昆虫种类繁多,它与生态系统中的生物多样性,以及人类的日常生活和生产密切相关。自2000年黑腹果蝇Drosophila melanogaster全基因组测序完成以来,至今已先后开展了88种昆虫全基因组测序工作,这标志着昆虫学研究进入了基因组时代。本文综述了近年来昆虫基因组测序进展,以及基于基因组的昆虫学研究方法及应用等两方面的研究成果。同时,着重介绍了昆虫全基因组测序进程,昆虫基因组在个体生物学、多物种间及种群,及系统生物学研究中的应用等方面的内容。最后,还探讨了基因组时代昆虫学研究所面临的挑战。     

猕猴桃倍性混合居群基因组遗传和表观遗传变异

植物倍性混合居群的形成和维系常伴随着明显的基因组遗传及表观遗传变异。利用AFLP和MSAP两种分子标记探讨了中华猕猴桃复合体(Actinidia chinensis)倍性混合居群的遗传变异和结构及其基因组甲基化变异方式。结果表明, 该倍性混合居群具有较高的遗传和表观遗传多样性, 但两者之间没有明显的相关性。种群的遗传多样性与海拔呈显著的负相关(P<0.05), 但表观遗传多样性与海拔不具显著相关性。AMOVA分析显示, 主要的遗传和表观遗传分化出现在倍性小种内部(97.65% vs 99.84%, P<0.05); 同时, AFLP邻接聚类分析显示二者存在一定程度的倍性相关性, MSAP分析则未显示有明显的倍性相关性。进一步研究发现, 中华猕猴桃居群的总甲基化程度为24.86%, 且多倍体具有更多的甲基化位点变异。该研究结果为深入探讨猕猴桃倍性混合居群的形成和维系机制奠定了基础。     

Epigenome dysregulation in cholangiocarcinoma

Epigenomics is a fast-evolving field of research that has lately attracted considerable interest, mainly due to the reversibility of epigenetic marks. Clinically, among solid tumors, the field is still limited. In cholangiocarcinoma (CCA) it is well known that the epigenetic landscape is deregulated both during carcinogenesis and disease progression as a consequence of aberrant mechanisms leading to genome instability. In this article, we will briefly review the molecular alterations that have been described in the transformation of normal cholangiocytes into malignant derivatives, focusing on the role of non-coding RNA (ncRNA) interactions, DNA methylation, post-translational modifications (PTMs) of histones and chromatin remodeling complexes.     

Epigenome sequencing comes of age

Epigenetic states are responsive to developmental and environmental signals, and as a consequence a eukaryotic cell can have many different epigenomes. In this issue of Cell, Lister et al. (2008) present the floral epigenome of Arabidopsis using next-generation sequencing technology to analyze both DNA methylation at single-base resolution and the expression of small RNAs.     

Epigenome Microarray Platform for Proteome-Wide Dissection of Chromatin-Signaling Networks

Knowledge of protein domains that function as the biological effectors for diverse post-translational modifications of histones is critical for understanding how nuclear and epigenetic programs are established. Indeed, mutations of chromatin effector domains found within several proteins are associated with multiple human pathologies, including cancer and immunodeficiency syndromes. To date, relatively few effector domains have been identified in comparison to the number of modifications present on histone and non-histone proteins. Here we describe the generation and application of human modified peptide microarrays as a platform for high-throughput discovery of chromatin effectors and for epitope-specificity analysis of antibodies commonly utilized in chromatin research. Screening with a library containing a majority of the Royal Family domains present in the human proteome led to the discovery of TDRD7, JMJ2C, and MPP8 as three new modified histone-binding proteins. Thus, we propose that peptide microarray methodologies are a powerful new tool for elucidating molecular interactions at chromatin.