玉米新着丝粒形成及其表观遗传学

<正>着丝粒是染色体的重要组成部分,功能保守,在细胞分裂过程中确保染色体准确分离。在着丝粒区域的核小体中,有一类组蛋白H3的变异体,在植物中称为CENH3,在动物中称为CENP-A;同时植物中含有在第133位苏氨酸发生磷酸化的组蛋白H2A,这两类组蛋白是活性着丝粒的表观遗传学标记。着丝粒区域的DNA序列经历了高度的进化。除     

研究揭示丝粒CENP-A蛋白结构

CENP-A在染色体着丝粒的形成过程中起关键作用,一直被认为是重要的表观遗传学标记蛋白,然而科学家对于CENP-A如何确定着丝粒的位置并影响遗传特性的机制并不清楚。     

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。     

植物组蛋白去乙酰化酶的特性及功能

真核生物染色质修饰是基因表达调控中的一个重要部分,组蛋白乙酰化修饰是基因转录调控的关键机制,与基因表达的活跃与沉默密切相关。组蛋白乙酰化修饰已成为表观遗传学的重要组成部分,受到研究者的普遍重视。本文从植物组蛋白去乙酰化酶(histone deacetylase,HDACs)的分类开始,综述植物中HDACs家族成员的结构特点、组织表达的多样性与复杂性,重点阐述其对发育的调控、逆境胁迫的响应。对了解基因的调控机制,丰富表观遗传学内容,并最终应用于植物育种及农业生产具有重要意义。     

表观遗传学研究进展

表观遗传学调控真核基因表达,与人类重大疾病,如肿瘤、神经退行性疾病、自身免疫性疾病等密切相关,一直以来都是生命科学研究领域的一个热点.近年来人们在表观遗传学领域取得了相当丰硕的成果,本文将从表观遗传学修饰(含RNA表观遗传修饰)、染色质重塑和植物的表观遗传学三个方面总结中国科学技术大学生命科学学院在表观遗传学领域的最新进展.     

表观遗传修饰影响花青苷合成研究进展

花青苷是广泛存在于植物中的一类重要的类黄酮化合物,对植物生长、代谢、应激等方面具有重要作用。在植物生长发育过程中,花青苷使植物的花和果实呈现出丰富色彩的颜色,从而吸引昆虫传粉和动物采食,便于结种和传播;在植物代谢应激反应中,花青苷使植物具有抵御低温、干旱、真菌感染,防御紫外线伤害、虫害等能力。花青苷生物合成通路受相关结构基因和转录因子的调控机制已被解析得十分清楚,近几年研究发现,植物花青苷生物合成相关基因受到表观调控,从而影响花青素苷的合成。表观遗传学是目前生命科学领域研究的热点之一,本文结合最新的植物花青苷合成表观遗传学研究进展,综述了花青苷合成过程中的表观遗传修饰以及基因编辑技术在表观遗传学研究中的应用,以期利用表观遗传手段为花色育种改良提供新思路。     

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。     

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。     

植物印迹基因研究进展

印迹基因的表达受表观机制调控,依据其亲本来源在植物胚乳中表现为单等位基因表达的特殊模式。这些基因在调控胚及其附属结构的发育、控制种子的大小、生殖隔离以及防止无性生殖上发挥着关键作用。随着植物表观遗传学研究的不断深入,目前对于印迹基因的探索已逐渐成为表观遗传学研究的热点。文章介绍了关于印迹基因起源的亲本冲突学说,并以拟南芥的MEA、FIS2、FWA、MPC、PHE1,玉米的FIE1、FIE2等重要印迹基因为例,阐述了有关植物印迹基因的表达调控机制及最新研究进展。     

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。     

WOX转录因子在植物发育中的作用

WOX(WUSCHEL-related homeobox)转录因子与植物发育密切相关,包括植物胚胎发育和体胚发生、花和根发育、愈伤组织的形成和维持,以及干细胞维持等过程。越来越多的研究表明WOX在植物发育过程中扮演着极其重要的角色。WOX调控植物发育的机理研究在促进植物发育以及构建植物良好表型等研究提供了突破口。本文主要对WOX调控植物发育的相关研究进行综述,并结合表观遗传学调控,探讨了WOX调控植物发育的过程,以期为WOX转录因子调控植物的作用机制提供启示。     

上皮细胞转分化及其表观遗传学调控

上皮细胞转分化现象及其与疾病发生发展的关系,近年已成为细胞生物学、免疫学等多学科关注的聚焦点。转分化作为细胞分化发育的基本生物学现象,存在于机体诸多生理病理过程,也受表观遗传学的调控。相对于经典遗传学而言,表观遗传学作为一门新兴学科,其为生物体的基因表达调控及遗传现象提供了新的理论阐释。现知,DNA甲基化、组蛋白修饰及非编码RNA等均可导致上皮细胞基因发生表观遗传改变,与上皮细胞转分化的发生发展密切相关,并在该过程中发挥重要的调控作用。进一步阐明细胞转分化的分子基础及其表观遗传学调控机制,将有助于认识生命现象基本过程,并可为炎症性疾病、自身免疫病、器官纤维化,以及肿瘤发生与转移等机制的研究与防治,提供新的思路和应对策略。对上皮细胞转分化与表观遗传学调控关系作一简述。     

表观遗传与人类智力发育异常的关系概述

表观遗传学是与经典遗传学相对应的一个遗传学分支,是没有DNA序列变化的、可遗传的基因表达改变。其分子机制研究主要集中在DNA甲基化、组蛋白修饰、染色质重塑、非编码RNA的调控、X染色体失活等几个方面。表观遗传异常可导致诸多人类智力发育障碍,例如瑞特综合征、Rubinstein Taybi综合征、Beckwith-Wiedemann综合征、Prader-Willi综合征与Angelman综合征等。从疾病的临床表现、发病的遗传机制及相关治疗进展等方面对表观遗传相关人类智力发育异常疾病进行详细阐述,并对相关研究提出新的展望。     

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。     

细胞重编程与表观遗传学调控

细胞重编程是生命科学研究的热点之一,目前体细胞核移植、细胞融合和特定转录因子诱导等方法都可以实现体外细胞重编程,而在细胞重编程过程中表观遗传学发挥关键的调控作用,因此对重编程过程中表观遗传学调控机制开展深入研究具有重要的意义。本文简要综述细胞重编程的研究现状和表观遗传学调控细胞重编程机制的研究进展,并对小分子化合物和microRNA提高细胞重编程效率的最新进展进行了介绍。     

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。     

编者按: 表观遗传与基因组，且行且相随

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(polycomb silencing)、哺乳动物中的X染色体失活(X chromosome inactivation)和基因组印迹(genomic imprinting)、植物中的副突变(paramutation)等经典表观遗传现象先后被发现．对这些现象的机制研究逐渐使科学家理解到这些现象的本质是染色质对基因表达的调控．染色质的组成、结构、修饰、重塑等等都承载着表观遗传信息,它们既响应基因的转录状态,也调节基因的转录． 表观遗传体系具有基因组所不具备的可塑性,从而将一个基因组以几百个表观基因组和几百个转录组的形式呈现,使得多细胞生物能够有效地实现细胞形态与功能的分化;同时表观遗传体系具有一定的可继承性,使得每一个表观基因组能够相对稳定地存在,保证了每种细胞形态与功能的相对稳定,也使得同类细胞的增殖成为可能．总之,表观遗传伴生于基因组,帮助生命体利用同一套基因组实现多种细胞形态的分化与稳定． 表观遗传调控的分子机制、生理意义和新型研究手段始终是表观遗传研究的中心．作为《生物化学与生物物理进展》的客座编辑,此次很荣幸邀请到了国内多位表观遗传领域的精英,为杂志撰写了本期表观遗传学综述专刊．在本期专刊中,作者们基于围绕表观遗传调控的分子机制,对组蛋白去乙酰化酶的结构及应用、染色质重塑、组蛋白变体的染色质装配、30 nm染色质高级结构、非组蛋白修饰和DNA甲基化修饰展开讨论;同时对这些表观遗传机制在微生物、植物、动物中的作用,从细胞水平、发育水平到重编程事件进行论述;此外,专刊还涉及新兴的研究手段冷冻电镜技术在表观遗传研究中的应用． 通过这一专刊,我们希望向读者介绍表观遗传领域的新进展、新动向,也希望能向读者展示国内科学家在表观遗传学领域研究中亮丽的冰山一角．     

植物基因在转录水平上的调控及其生物学意义

植物发生变异或分化的本质是基因表达模式发生变化的结果, 而基因表达多是在转录水平进行调控的。文章通过分析总结前人在这一领域内的大量研究成果, 系统地从遗传学（genetics）和表观遗传学（epigenetics）两个角度对植物基因在转录水平上的调控方式及其生物学意义进行了总结性阐述, 分析了这一研究领域目前所面临的挑战, 展望了该领域今后的发展及应用前景。     

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。     

植物群体表观遗传学研究进展

植物表观遗传多样性是对生物多样性的遗传多样性层面的补充,也是植物表型多样性的重要来源,研究表观遗传多样性的群体表观遗传学应运而生。在植物自然种群的研究中,群体表观遗传学弥补了群体遗传学对不符合孟德尔遗传定律的表型遗传的认识,是对现代综合进化论的重要补充。分子生物学技术的发展,为研究表观遗传变异提供了甲基化敏感的扩增片段长度多样(MS-AFLP)、结合二代测序的亚硫酸氢钠测序法等有力的技术手段。在生态和进化领域,自然种群中表观遗传变异与遗传变异、表型可塑性、生境分化、物种形成的关系成为研究的热点。表观遗传机制在生态系统和生物进化中的作用也逐渐得到揭示,本综述回顾近年来植物群体表观遗传学的实验研究和理论观点,展望了植物群体表观遗传学在研究方法和研究主题上的前景。