表观遗传与花期调控.ppt

表观遗传与花期调控 报告人 赵文淇 提纲 表观遗传学概述表观遗传调节机制花期调控机制前景 表观遗传学概述表观遗传学调节机制花期调控机制前景 表观遗传现象 马和驴父本母本不同 杂交的后代不同人身体上的疤痕同卵双生双胞胎虽然具有相同的DNA序列 却存在表型的差异和疾病易感染性的差异 表观遗传 1939年 发育生物学家Waddington率先创造了 表观遗传学 这一术语 1942年 表观遗传学 作为生物学的一个分支出现 正式划分出来 1975RobinHoliday对表观遗传学提出比较系统的界定 表观遗传学 epigenetics 表观遗传学是指不涉及DNA序列改变的基因或者蛋白表达的变化 并可以在发育和细胞增殖过程中稳定传递的遗传学分支学科 表观遗传现象就是不依赖于DNA序列的遗传现象 表观遗传学与传统遗传学 不同点 1 不符合孟德尔遗传定律2 遗传序列即DNA序列未发生改变 表观遗传学概述表观遗传学调节机制花期调控机制前景 DNA甲基化 DNA甲基化是常见的表观遗传学现象 主要是基因组DNA上的胞嘧啶第5位碳原子和甲基间的共价结合 胞嘧啶由此被修饰为5 甲基胞嘧啶 被称为是 第五碱基 DNA甲基化对基因组的排列是非常重要的 它可以抑制转座因子和外来DNA和RNA的转录 降低由非等位基因之间的转座和重组导致的基因组破坏 并可免遭病原的侵染 2009年在nature上有两篇报道称在哺乳动物基因组DNA中5 羟甲基胞嘧啶 5 hmC 与5 mC同样广泛存在 目前普遍接受5 hmC为高等生物基因组的 第六碱基 但是在高等植物中是否广泛存在这种碱基以及是够影响植物的生长发育还是未知 参与DNA甲基化的酶 DNA甲基化的研究方法 AFLP扩增片段长度多态性MSAP甲基化敏感扩增多态性MSP新型显微分光光度计系统DHPLC变性高效液相色谱分析 AFLP基本流程 提取RNA cDNA 酶切液 连接液 预扩液 选扩液 条带分析 MASP基本流程 高质量DNA 16 过夜连接 预扩增 连接液 选择性扩增 扩增液 电泳 选扩液 条带分析 EcoRI HapII EcoRI MspII两种酶组合 组蛋白共价修饰 组蛋白修饰包括组蛋白的乙酰化 磷酸化 甲基化 泛素化及ADP核糖基化等 甲基化 乙酰化 磷酸化 单一组蛋白的修饰往往不能独立地发挥作用 一个或多个组蛋白尾部的不同共价修饰依次发挥作用或组合在一起 形成一个修饰的级联 它们通过协同或拮抗来共同发挥作用 这些多样性的修饰以及它们时间和空间上的组合与生物学功能的关系可作为一种重要的表观标志或语言 也被称为 组蛋白密码 histonecode 参与组蛋白修饰的酶 研究方法 染色体免疫共沉淀 chromatinimmunoprecipita tion ChIP 全基因组DNA芯片技术 chromatinimmunoprecipi tation on chip ChIP on chip 全基因组定位技术 Genome widemappingtechnique GMAT 小RNA 小RNA通过影响mRNA的稳定性或翻译实现转录后的基因沉默 post transcriptionalgenesilencing 小RNA通过影响对染色质的表观修饰参与基因的转录水平沉默 transcriptionalgenesilencing 小RNA介导的基因沉默中的核心分子 Dicers和Argonautes 小RNA种类的不同是由Dicers和Argonautes决定的 miRNA和siRNA是由不同的DCL加工的 拟南芥中有4个DCL蛋白 它们的多样性提高了植物的防御性 miRNA和siRNA结合不同的AGO蛋白 AGO1偏好剪切靶基因mRNA 它与miRNA结合 AGO4偏好与siRNA结合 参与DNA的甲基化 小RNA的研究方法 表达谱高通量测序降解组测序构建小RNA文库Northern分析微阵列miRNA分析PCR技术 染色质重塑 染色质重塑 chromatinremodeling 就是基因表达调控过程中所出现的一系列染色质结构变化的总称 两类 依赖共价结合反应的化学修饰 也就是所谓的组蛋白密码 SWI SNF和有关的染色质重塑复合体利用ATPase和解旋酶活性来改变核小体在DNA上的位置 靠ATP水解所释放的能量改变染色质 不同表观遗传调控之间相互影响 已证实DNA甲基化与组蛋白去乙酰化正相关 而乙酰化是调控基因表达的另一重要方式 miRNA的表达受甲基化和其它表观遗传机制的调控 表观遗传学概述表观遗传调节机制花期调控机制前景 花期调控途径 春化作用途径 Vernalizationpathway 光周期途径 Photoperiodpathway 自主开花途径 Autonomouspathway 赤霉素途径 Gibberellicacidpathway 调控相关基因 DNA甲基化与花期调控 植物若在适宜的环境下开花 FLC必须关闭 甲基化抑制剂导致DNA甲基化水平降低 使FLC活性关闭随后诱导植物提前开花 作用机理 DNA甲基化抑制剂引起FLC的表达下调不需要春化特异蛋白的参与 通过抑制FLC和MAF基因家族共有的反式作用因子的表达来实现FLC表达的沉默进而解除开花的抑制状态 光周期诱导其开花过程伴随DNA甲基化水平的降低 并且用5 azaC处理代替光周期诱导可以使其在非光周期诱导条件下开花 还证实了5 azaC对DNA甲基化水平的降低程度比光周期诱导使其降低的比值大 近两年发现了新的DNA去甲基化抑制剂Zebularine 它和5 azaC都能诱导植物开花 在短日照植物矮牵牛中 即使无短日照诱导 用Zebularine处理的植株也能开花 组蛋白修饰与花期调控 FLC位点组蛋白的甲基化修饰有利于FLC的沉默从而促进开花 小RNA介导的花期调控 染色质重塑 在无光周期诱导的条件下 ATP酶基因AtBRM沉默的植株CO FT SOC1表达量增加 花期较野生型植株花期提前 展望 由于转基因超高的表达 存在dsRNA 存在异常的RNA等因素造成的转基因沉默 目前 通过表观遗传修饰而改变生物的遗传性状具有巨大的理论意义与经济价值 问题 作用机理不明确 5 azaC DNA甲基化水平 信号因子 作用基因 变化位点 低温处理引起的甲基化 参考文献 1 邢天 禹丁卫 DNA表观遗传修饰的研究 基因组的第六碱基 J 生理科学进展 2012 43 3 164 168 2 刘合霞 周坚 DNA甲基化对植物发育调控的研究进展 J 安徽农业科学 2012 40 2 637 639 672 3 张莉 贾峰 张广乐等 植物DNA甲基化研究进展 J 安徽农业科学 2012 40 6 3218 3221 4 杜亚琼 四种药品处理对拟南芥DNA甲基化的影响 D 河南大学 2011 5 杨长平 吴登俊 利用文献挖掘分析表观遗传学研究主题和趋势 J 中国畜牧杂志 2013 49 1 78 82 6 蒋智文 刘新光 周中军 组蛋白修饰调节机制的研究进展 J 生物化学与生物物理进展 2009 36 10 1252 1259 7 邢世岩 李际红 王京梅 植物表观遗传变异 J 分子植物育种 2009 7 5 996 1003 8 孔祥东 王军 张思仲 DNA甲基化与发育调节 J 生物学通报 2000 35 8 19 20 9 李健 马力耕 染色质重塑和高等植物开花时间控制 J 细胞生物学杂志 2005 27 24 28 10 WenyanXiao RoyC Brown BettyE Lemmon RegulationofSeedSizebyHypomethylationofMaternalandPaternalGenomes J PlantPhysiology 2006 142 1160 1168 11 MaghsoudPazhouhandeh JeanMolinier AlexandreBerr PascalGenschik 3MSI4 FVEinteractswithCUL4 DDB1andaPRC2 likecomplextocontrolepigeneticregulationofflo