DNA甲基化在动植物遗传育种中的研究进展

DNA甲基化是真核生物表观遗传学重要的机制之一,对基因转录水平的表达具有重要的调控作用。近年来,DNA甲基化在动植物遗传育种领域的研究引起了人们广泛的关注。我们从DNA甲基化与基因的表达调控、动植物基因组的甲基化状态、甲基敏感扩增片段多态性方法、DNA甲基化与杂种优势,以及DNA甲基化与分子标记等方面,简要综述了国内外有关DNA甲基化在动植物遗传育种研究中的进展,着重于全基因组DNA甲基化模式在动植物遗传育种中的相关研究和应用。     

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。     

前列腺癌的DNA甲基化及其临床应用

目前认为恶性肿瘤的形成是遗传和表观遗传机制共同作用的结果。表观遗传机制包括DNA甲基化、组蛋白修饰和miRNA。DNA异常甲基化(高甲基化和低甲基化)是前列腺癌最具特征的表观遗传改变, 它能够导致基因组不稳定, 调控基因的异常表达, 在前列腺癌的形成和发展中起到重要作用。同时, DNA甲基化作为前列腺癌表观遗传研究的一个热点, 为临床前列腺癌的早期诊断、预后评估及药物治疗提供新的方法和途径。文章根据前列腺癌的DNA高甲基化和低甲基化的最新研究成果阐述了前列腺癌形成的表观遗传学机制, 并且讨论了它们在前列腺癌临床转化方面的最新研究进展。     

重性抑郁障碍发病的表观遗传调控假说

表观遗传学是研究主要受控于DNA甲基化、染色质结构变化的可遗传和逆转的基因组功能的调控。近年来, 越来越多的证据表明表观遗传因素在精神分裂症、双相障碍、药物成瘾等重性精神障碍的发病中扮演着重要角色。文章综述了表观遗传现象的分子机制, 介绍了表观遗传修饰与复杂性疾病的关系, 并在此基础上对重性抑郁障碍(Major depressive disorder, MDD)发病的表观遗传调控假说及最新研究进展进行了总结。     

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。     

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.     

表观遗传对炎症的调控机制及其在奶牛乳房炎抗病育种中的应用前景

炎症受遗传和非遗传因素(环境或表观遗传)的共同影响, 其中表观遗传(Epigenetic)在炎症的发生发展过程中发挥重要调控作用。表观遗传修饰是指DNA序列没有改变, 而基因表达却发生了可遗传的变化, 主要包括DNA甲基化和组蛋白修饰等。表观遗传为病原微生物与炎症反应间关系的研究架起了重要桥梁。炎症反应中T辅助细胞的分化, 细胞因子、趋化因子等基因的表达都受到表观遗传的调控。文章主要综述了DNA甲基化、组蛋白修饰等对炎症尤其是乳房炎的调控机制, 并就表观遗传调控在奶牛乳房炎治疗及抗病育种中的应用前景进行了展望。     

长链非编码RNA与表观遗传调控

近年来,表观遗传学(epigenetics)备受关注.表观遗传调控的方式主要包括DNA甲基化、组蛋白修饰和染色质重塑等.ENCODE计划及随后的研究发现,人类基因组中仅有很小一部分DNA序列负责编码蛋白质,而其余大部分被转录为非编码RNA(non-codingRNA,ncRNA).其中长链非编码RNA(long non-codingRNA,lncRNA)是一类长度大于200nt并且缺乏蛋白质编码能力的RNA分子.越来越多的研究表明,lncRNAs能够通过表观遗传调控、转录调控以及转录后调控等多个层面调节基因的表达,从而参与细胞增殖、分化和凋亡等多种生物学过程.本文将着重综述lncRNAs在表观遗传调控中的作用及其最新的研究进展.     

DNA甲基化对子宫内膜异位症(EMs)的作用及其调控机制

表观遗传通过DNA甲基化、组蛋白修饰、染色质重塑、以及microRNA等调控方式来实现对基因表达、DNA复制和基因组稳定性的控制。DNA甲基化是目前研究的最为广泛的表观遗传修饰方式之一,可调控真核生物的基因表达。DNA甲基化在哺乳动物发育、肿瘤发生发展及人类其他疾病中均发挥着至关重要的作用。DNA甲基化状态的改变已被视为人类肿瘤细胞的生物标志之一。EMs虽是一种良性妇科疾病,但伴有细胞增殖、侵袭性及远处种植转移等肿瘤的特点。最新研究发现,DNA甲基化可能与子宫内膜异位症(EMs)的发生存在密切的关系并认为EMs从根本上是一种表观遗传学疾病。由于表观遗传修饰都是可逆的过程,这就为EMs的治疗提供了一种新的途径。本文就DNA甲基化在EMs中的发生发展中的作用及其调控的分子机制,以及在诊断治疗中作用的最新研究进展做一综述。     

酵母模式生物研究表观遗传调控基因组稳定性的进展

基因组的遗传稳定性是维持正常的细胞复制、增殖和分化的关键。外源因素和内源因素造成的DNA损伤及其修复失败, 是各种遗传疾病发生的根本原因。表观遗传调控(包括DNA甲基化、组蛋白修饰和非编码RNA)在DNA损伤修复和细胞周期调控方面发挥着重要的作用, 也是维持基因组稳定性的基础。酵母作为单细胞真核生物, 是最早开展表观遗传学研究的物种之一, 特别是在DNA损伤修复和异染色质形成等方面的研究, 为揭示遗传稳定性的本质提供了理论依据。国际上前期以酵母为模式生物研究表观遗传学的报道主要集中于组蛋白修饰领域; 近期利用裂殖酵母作为模式生物研究RNAi指导的组蛋白修饰也有了一定的进展。文章以酵母作为模式生物, 论述了表观遗传修饰在维持基因组遗传稳定性中的研究进展、作用机制和今后的发展趋势。     

水稻/拟南芥防御病原细菌入侵的表观遗传调控研究进展

表观遗传修饰是指在不改变基因序列的情况下,通过对DNA和组蛋白等一系列可逆的共价修饰调控生物体的基因表达,在应对生物和非生物因素胁迫以及适应环境变化的过程中发挥着非常重要的作用。最近的研究表明,表观遗传修饰参与水稻/拟南芥抵御细菌入侵的免疫反应(包括效应识别、信号转导和快速防御反应等)。对基因组DNA甲基化、组蛋白修饰(甲基化/去甲基化、乙酰化/去乙酰化和泛素化)和小RNA在内的表观遗传修饰在水稻/拟南芥对病原细菌入侵的防御反应中的功能和分子调控机制进行了综述,有助于系统地全面理解表观遗传抗病性,为其抗病育种提供理论支持和基因资源。     

DNA甲基化对子宫内膜异位症（EMs）的作用及其调控机制

表观遗传通过DNA甲基化、组蛋白修饰、染色质重塑、以及microRNA等调控方式来实现对基因表达、DNA复制和基因组稳定性的控制。DNA甲基化是目前研究的最为广泛的表观遗传修饰方式之一,可调控真核生物的基因表达。DNA甲基化在哺乳动物发育、肿瘤发生发展及人类其他疾病中均发挥着至关重要的作用。DNA甲基化状态的改变已被视为人类肿瘤细胞的生物标志之一。EMs虽是一种良性妇科疾病,但伴有细胞增殖、侵袭性及远处种植转移等肿瘤的特点。最新研究发现,DNA甲基化可能与子宫内膜异位症（EMs）的发生存在密切的关系并认为EMs从根本上是一种表观遗传学疾病。由于表观遗传修饰都是可逆的过程,这就为EMs的治疗提供了一种新的途径。本文就DNA甲基化在EMs中的发生发展中的作用及其调控的分子机制,以及在诊断治疗中作用的最新研究进展做一综述。     

中国杂交籼稻DNA甲基化多样性与遗传稳定性

水稻育种一直关注DNA序列多样性,但表观多样性(如DNA甲基化)也影响性状,不应被忽略.分析了20个杂交稻育种中广泛应用的籼稻亲本系间的DNA甲基化多样性及其遗传稳定性.结果表明,水稻育种系之间广泛存在DNA甲基化多样性;DNA甲基化与序列多样性之间存在正相关关系;DNA甲基化可以通过自交或杂交遗传给下一代.本研究揭示了DNA甲基化在水稻育种中应用的价值.     

玉米MuDR转座子DNA甲基化的MSP检测

DNA甲基化作为一种重要的表观遗传修饰,广泛存在于高等动植物中,并在维持基因组稳定性、调节基因表达等方面起着重要作用,因此建立快速有效地DNA甲基化检测技术至关重要.本文以两种不同MuDR活性的玉米转座子材料为研究对象, 探讨了甲基化特异性PCR(MSP)在检测DNA甲基化的有效性.结果表明: MSP技术可快速有效地检测MuDR转座子的末端反向重复(TIRs)序列内的CpG岛DNA甲基化的变化,灵敏度高,特异性强,可作为植物已知基因DNA甲基化检测的一种新方法.同时利用MSP研究发现,玉米MuDR转座子的活性随其TIRs序列内的CpG岛DNA甲基化的变化而改变, DNA甲基化是调控玉米MuDR转座活性的重要分子机制之一.     

DNA甲基化对细胞周期的调控

细胞周期(cell cycle)是一种非常复杂和精细的调节过程,该过程是连续而不可逆的。细胞周期紊乱与很多疾病的发生发展有关,如肿瘤等。目前的研究发现,表观遗传学(epigenetics)可以通过影响细胞周期关键性调控因素而调控细胞周期。DNA甲基化(DNA methylation)是最常见的表观遗传修饰方式,其在基因的转录、基因组的稳定性和细胞周期的调控中发挥重要的作用。因此,该文重点对近年来DNA甲基化在细胞周期调控中的研究进展作一综述,以期为提高肿瘤等疾病的临床诊断和治疗水平提供理论依据。     

脊椎动物父系基因组主动去甲基化研究进展

基因组表观遗传重组出现在细胞发育潜能发生变化的时期。早期植入前胚胎的表观遗传重新编程对于细胞分化和胚胎的生长发育是至关重要的,这涉及到表观遗传印记(尤其是DNA甲基化)的消除和重建过程。脊椎动物许多物种中,DNA复制起始前父系基因组通常要经历主动去甲基化,而母系基因组则可以保持甲基化的状态不变,直到在随后的卵裂过程中被动去甲基化。综述了脊椎动物父系基因组主动去甲基化的机制,这种去甲基化在脊椎动物各物种间的差异,以及影响这种主动去甲基化机制的因素。另外,研究外源基因表达的表观调控机制(尤其是表观遗传重编程的异常现象)有利于理解转基因克隆水产动物中普遍存在的授精成功率较低,基因整合率较低,以及胚胎发育异常等现象,有利于更好地应用转基因克隆技术。     

表观遗传调控植物逆境胁迫的适应机制

植物表观遗传学不仅是基础科学研究的焦点,也是植物育种中获得新资源的一种方式。表观遗传机制可以通过非编码RNA,组蛋白修饰和DNA甲基化控制基因的表达,且越来越多的研究表明表观遗传机制对植物适应环境及胁迫记忆是必要的。本综述重点从DNA甲基化调控、组蛋白变异、组蛋白修饰调控、非编码RNA调控水平论述植物在各种逆境条件下如何通过表观遗传机制来适应环境。     

叶锈菌胁迫下的小麦基因组MSAP分析

内源DNA甲基化是真核生物表观遗传调控的重要组成部分, 在真核生物的基因表达调控中具有重要的作用。生物胁迫为植物提供一种内在的表观遗传进化动力。研究生物胁迫下DNA甲基化的变异模式, 有助于全面理解DNA甲基化的表观调控生物学功能。小麦近等基因系TcLr19、TcLr41及其感病亲本Thatcher在苗期对叶锈菌生理小种THTT、TKTJ分别表现为小种特异性抗病反应和感病反应。文章利用甲基化敏感扩增多态性(Methylation-sensitive amplified polymorphism, MSAP)技术分析了小麦的甲基化水平, 同时比较了苗期在生物胁迫前后基因组DNA胞嘧啶甲基化模式。用60对MSAP引物对接种前后的小麦DNA进行全基因组筛选, 没有直接分离得到接菌前后的甲基化模式的差异, 结果初步表明, 叶锈菌并没有诱导稳定且特异的植物基因组DNA胞嘧啶位点的甲基化模式变化, 但发现TcLr41及其感病亲本Thatcher之间存在表观遗传学差异。     

5-羟甲基胞嘧啶在脑发育和神经系统疾病中的作用

大脑的发育和神经系统疾病的发生发展是极其复杂的过程,涉及多种因素. 大量研究证实,表观遗传调控系统,如组蛋白甲基化、组蛋白乙酰化和DNA甲基化,是其中一类重要的调控因素. 近年来研究发现,DNA去甲基化中间产物5-羟甲基胞嘧啶(5hmC)是一种新的表观遗传标记形式,且在神经元内呈现非常高的水平. 这暗示5hmC可能在脑的生长发育以及中枢神经系统疾病的发生发展过程中有着重要的调控作用. 本文综述了近年来该领域的重要研究进展,并且提出一些今后的研究展望.