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。     

利用拟南芥杂交组合研究siRNA与等位基因DNA甲基化调控中的联系

近年来,越来越多的实验结果表明,表观遗传因子,如DNA甲基化、小RNA、组蛋白修饰等在杂种优势形成中起到重要作用,然而对于这些表观遗传因子在F。中遗传调控方式的认识仍很有限．本实验室先前工作曾以拟南芥C24和Ler两种生态型及其正反交子一代为材料,运用新一代测序方法获得该杂交组合中DNA甲基化及小RNA单碱基分辨率的全基因组图谱．本文进一步对这批数据中的等位基因DNA甲基化水平进行分析,区分DNA甲基化遗传过程中的顺式与反式调控方式,并发现这两种调控方式均有重要的贡献．研究发现,siRNA与DNA甲基化的两种调控方式有密切联系,尤其在DNA甲基化的反式调控中,Fl中DNA甲基化变化程度越大,该区域内siRNA富集程度越强,二者可能存在某种调控机制．通过等位基因表观遗传组的分析研究杂交过程中DNA甲基化和小RNA遗传调控的规律,为更好地理解杂种优势机制提供了帮助．     

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。     

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。     

植物中表观遗传修饰研究进展

表观遗传是指DNA序列不发生变化, 但基因表达发生了可遗传的改变, 主要涉及DNA与染色体上的一些可逆修饰以及一些转录调控机制。DNA甲基化、组蛋白修饰和非编码RNA调控是表观遗传学研究的三大支柱。三者在植物生长发育、应对生物和非生物胁迫以及适应环境变化中发挥着极其重要的作用。该文综述了植物中DNA甲基化、组蛋白修饰、非编码RNA调控的研究进展及其对植物株高、生育期、花型、果实着色以及应对环境胁迫等方面的影响。     

黑色素瘤发生发展中的表观遗传学调控

人恶性黑色素瘤(malignant melanoma)是近年来高发病率和高死亡率的肿瘤之一.目前尚缺乏有效的治疗方法.而表观遗传如DNA甲基化(DNA methylation)、组蛋白修饰(histonemodification)、染色质重塑(chromatin remodeling)及RNA干扰(RNA interference,RNAi)等改变在人黑色素瘤的发生、发展和转移中有重要作用.阐明黑色素瘤发生发展的表观遗传学机制已引起了学者的普遍关注.本文综述了人类黑色素瘤发生发展中所特异的表观遗传改变:CpG岛的异常甲基化修饰、组蛋白甲基化和乙酰化修饰、染色质重塑以及microRNA在黑色素瘤发生和转移中的作用,并对应用表观遗传修饰治疗人类黑色素瘤进行了探讨.     

线粒体表观遗传学研究进展

作为细胞内的"动力工厂",线粒体是细胞内进行氧化磷酸化反应和形成ATP的主要场所。传统观点曾认为线粒体缺乏表观遗传机制,但线粒体DNA甲基化酶以及线粒体DNA中5-甲基胞嘧啶与5-羟甲基胞嘧啶的发现推翻了这一论断。在线粒体中,DNA甲基化酶、DNA甲基化模式及DNA羟甲基化模式与核基因组DNA相比均存在较大差异,而外界环境中不同因子的变化也会对线粒体DNA的甲基化状态造成影响。除此之外,线粒体DNA的表观遗传因素还包括线粒体长链非编码RNA、线粒体mi RNA和线粒体DNA结合蛋白。随着研究技术手段的不断完善,将线粒体DNA的甲基化状态作为生物标记的应用将日益广泛,其与基因组表观遗传调控的关联也将得到进一步的揭示。     

DNA甲基化与病毒感染的研究进展

DNA甲基化是基因表达的表观遗传调控机制之一,在细胞分化和疾病发生过程中发挥着重要的作用。病毒感染可导致DNA甲基化水平变化,从而影响疾病的发生与发展。随着全基因组甲基化测序等生物学新技术的飞速发展,对DNA甲基化也有了更深的认识。现就DNA甲基化和去甲基化的主要影响因素以及病毒感染过程中导致甲基化水平改变的机制做一概述,为从表观遗传角度研究病毒致病机制提供一定的理论依据。     

DNA甲基化与肿瘤

表观遗传指不涉及DNA序列改变的,可随细胞分裂而遗传的基因组修饰作用;DNA甲基化是其中研究最多的基因表达调节机制。异常DNA甲基化可致肿瘤发生,它亦是肿瘤基因诊断和治疗的靶点。文章介绍DNA甲基化基本概念、作用效果及其可能机制;并讨论异常DNA甲基化与肿瘤的关联,包括肿瘤中DNA异常甲基化原因、异常甲基化致瘤机制及基因甲基化研究在肿瘤诊治中的应用等。     

DNA甲基化异常与肿瘤耐药

肿瘤耐药是导致肿瘤化疗失败的主要原因, 其产生机制复杂多样, 是多种因素共同作用的结果。近年来, 表观遗传改变在肿瘤耐药中的作用日益受到关注。DNA甲基化是一种重要的表观遗传修饰, 在调节基因表达和维持基因组稳定性中扮演着重要角色。原发性或获得性耐药的肿瘤细胞大多伴随DNA异常甲基化, 越来越多的证据显示, DNA甲基化异常是肿瘤细胞耐药表型产生的重要机制。文章就DNA甲基化异常与肿瘤细胞耐药的关系及相关作用机制进行了综述。     

癌症相关的DNA甲基化连锁区域

DNA甲基化是重要的表观遗传标记之一,在转录调控中起直接作用。DNA甲基化的异常与癌症的发生发展密切相关。高通量测序使得在单碱基分辨率下检测全基因组的DNA甲基化水平成为可能。本文基于临近CpGs位点甲基化水平的相关性挖掘DNA甲基化连锁区域。结果发现DNA甲基化连锁区域的甲基化水平和模式在癌症中存在异常,而且显著富集到分化/发育相关的生物学功能。DNA甲基化连锁区域的挖掘有助于对具有生物学功能的表观遗传标记的进一步理解,有助于对癌症诊断的表观遗传标记的挖掘。     

Epigenetics: the study of embryonic stem cells by restriction landmark genomic scanning

During mammalian development, it is essential that the proper epigenetic state is established across the entire genome in each differentiated cell. To date, little is known about the mechanism for establishing epigenetic modifications of individual genes during the course of cellular differentiation. Genome-wide DNA methylation analysis of embryonic stem cells by restriction landmark genomic scanning provides information about cell type- and tissue-specific DNA methylation profiles at tissue-specific methylated regions associated with developmental processes. It also sheds light on DNA methylation alterations following fetal exposure to chemical agents. In addition, analysis of embryonic stem cells deficient in epigenetic regulators will contribute to revealing the mechanism for establishing DNA methylation profiles and the interplay between DNA methylation and other epigenetic modifications.     

DNA甲基化微阵列

DNA甲基化微阵列是近年发展起来的高通量分析基因组水平DNA甲基化状态和模式的新型技术,已成为肿瘤表观遗传学组研究的重要工具之一。利用DNA甲基化微阵列研究某种疾病状态下异常甲基化的基因有利于进一步明确该疾病的表观遗传学异常机制,发现与之相关的表观遗传学标志物。现有的DNA甲基化微阵列主要包括CpG岛微阵列和甲基化寡聚核苷探针微阵列,根据已有的文献资料,较为详细地阐述了上述技术的原理、特点和适用范围,对于研究者根据自己的研究目的选择适当的DNA甲基化微阵列技术具有一定的指导价值。     

利用F-MSAP分析菜心表观遗传多样性

菜心杂交除了引起DNA序列变化,还可能引起不依赖于DNA序列的表观遗传变化,为揭示菜心表观遗传多样性形成机理,该文利用F-MSAP检测49份菜心的DNA甲基化水平和模式变化。结果表明：(1)F-MSAP检测效率较高,菜心DNA甲基化多态性较高,杂交可以提高DNA甲基化多态性。(2)菜心表观遗传多样性较低,均质化严重,大部分遗传变异来源于种内,自交增加自交系的表观遗传差异,杂交增加杂种的表观遗传差异。(3)49份菜心的DNA甲基化水平较高,以全甲基化模式为主,自交降低DNA甲基化水平,杂交通过DNA甲基化模式变化增加自交系杂种的DNA甲基化水平。(4)49份菜心分成五类,聚类分析和主成分分析结果基本一致,杂种倾向于按照母本亲缘关系分类。该研究利用F-MSAP检测菜心表观遗传多样性,提高了菜心的鉴定效率和准确性,为进一步开展杂交育种提供了理论基础和技术支持。     

The epigenetic footprint of poleward range‐expanding plants in apomictic dandelions

Epigenetic modifications, such as DNA methylation variation, can generate heritable phenotypic variation independent of the underlying genetic code. However, epigenetic variation in natural plant populations is poorly documented and little understood. Here, we test whether northward range expansion of obligate apomicts of the common dandelion (Taraxacum officinale) is associated with DNA methylation variation. We characterized and compared patterns of genetic and DNA methylation variation in greenhouse‐reared offspring of T. officinale that were collected along a latitudinal transect of northward range expansion in Europe. Genetic AFLP and epigenetic MS‐AFLP markers revealed high levels of local diversity and modest but significant heritable differentiation between sampling locations and between the southern, central and northern regions of the transect. Patterns of genetic and epigenetic variation were significantly correlated, reflecting the genetic control over epigenetic variation and/or the accumulation of lineage‐specific spontaneous epimutations, which may be selectively neutral. In addition, we identified a small component of DNA methylation differentiation along the transect that is independent of genetic variation. This epigenetic differentiation might reflect environment‐specific induction or, in case the DNA methylation variation affects relevant traits and fitness, selection of heritable DNA methylation variants. Such generated epigenetic variants might contribute to the adaptive capacity of individual asexual lineages under changing environments. Our results highlight the potential of heritable DNA methylation variation to contribute to population differentiation along ecological gradients. Further studies are needed using higher resolution methods to understand the functional significance of such natural occurring epigenetic differentiation.     

Genetic and DNA Methylation Changes in Cotton (Gossypium) Genotypes and Tissues

In plants, epigenetic regulation is important in normal development and in modulating some agronomic traits. The potential contribution of DNA methylation mediated gene regulation to phenotypic diversity and development in cotton was investigated between cotton genotypes and various tissues. DNA methylation diversity, genetic diversity, and changes in methylation context were investigated using methylation-sensitive amplified polymorphism (MSAP) assays including a methylation insensitive enzyme (BsiSI), and the total DNA methylation level was measured by high-performance liquid chromatography (HPLC). DNA methylation diversity was greater than the genetic diversity in the selected cotton genotypes and significantly different levels of DNA methylation were identified between tissues, including fibre. The higher DNA methylation diversity (CHG methylation being more diverse than CG methylation) in cotton genotypes suggest epigenetic regulation may be important for cotton, and the change in DNA methylation between fibre and other tissues hints that some genes may be epigenetically regulated for fibre development. The novel approach using BsiSI allowed direct comparison between genetic and epigenetic diversity, and also measured CC methylation level that cannot be detected by conventional MSAP.     

同卵双胞胎在复杂性状DNA甲基化调控机制研究中的应用

同卵双胞胎来源于同一个受精卵,DNA序列基本一致,但在某些重要表型上如复杂疾病,并不完全一样。利用表型不一致的同卵双胞胎进行研究,能在遗传背景、母体效应、年龄性别效应等一致的基础上,深入研究分析复杂性状的表观调控机制。而DNA甲基化是最为稳定的一类表观遗传修饰。在人类中,利用同卵双胞胎对印记异常疾病、精神类疾病、自身免疫病及癌症等疾病的DNA甲基化调控研究已经揭示了多个致病基因,为研究疾病的表观调控以及表观遗传学药物的应用打下了基础。本文着重对同卵双胞胎DNA甲基化状态、DNA甲基化遗传力计算以及复杂性状DNA甲基化调控的研究应用及其进展展开综述,以期为复杂性状表观调控机制研究提供借鉴和参考。