《双子叶胚乳型种子基因组DNA甲基化研究获进展》

  • 来源专题:转基因生物新品种培育
  • 编译者: 雷洁
  • 发布时间:2016-05-09
  • DNA甲基化是一种非常重要的表观修饰因子,参与异染色质的形成、转座子的沉默、基因表达的调控以及印迹基因的发生。在植物中,DNA甲基化主要发生在CG、CHG和CHH序列上(其中H代表非G的碱基类型),分别由MET1、CMT3和RNA指导的DRM2甲基转移酶来维持;同时,开花植物中还存在DNA的主动去甲基化过程,由DNA糖基化酶通过剪切修复机制实现。目前在植物中主要发现三类DNA糖基化酶即:DME,ROS1,DML2和3。因此,基因组最终的甲基化水平是由DNA甲基转移酶和去甲基化酶的活动共同决定。越来越多的证据显示DNA甲基化对种子发育和储存物质的生物合成具有重要的调控作用。

    研究组对蓖麻胚和胚乳组织的基因组DNA甲基化及其生物学意义进行了深入研究,揭示了蓖麻种子基因组中CHH甲基化是主要的甲基化形式,和其它种子植物如拟南芥、水稻和玉米相比,蓖麻种子DNA甲基化图谱显著不同,暗示了植物种子基因组DNA甲基化式样的不保守性。特别是,和胚乳基因组CG和CHG低甲基化相比,CHH 的甲基化没有展示显著的低甲基化。进一步,结合DNA甲基化相关基因的表达以及调控DNA甲基化的small RNA的表达谱分析,研究揭示了蓖麻胚乳CG和CHG甲基化水平的下降,与MET1和CMT1甲基转移酶的表达抑制以及DME去甲基化酶的表达激活有关。而且胚乳中CG与CHG甲基化水平的下降与胚乳偏爱性基因的表达密切相关,而且研究发现这些基因广泛地参与了胚乳的发育过程。同时,研究发现胚乳中高丰度的CHH甲基化与24-siRNAs介导的RdDM途径以及DRM3甲基化转移酶的表达激活有关。该研究不仅崭新地揭示了双子叶胚乳型种子基因组甲基化的规律,而且为研究植物种子基因组甲基化的生物学意义提供了重要依据。

  • 原文来源:http://www.plantphysiol.org/content/early/2016/04/28/pp.16.00056.1
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    • 编译者:hujm
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    • CRISPR/Cas9系统极大丰富了原核生物的基因组编辑方法。但由于CRISPR/Cas9系统高效的致死筛选能力和原核生物普遍的低同源重组效率,多靶点和自动化的基因组编辑仍难以实现,严重限制了菌株的遗传改造效率。 近日,中国科学院天津工业生物技术研究所研究员郑平带领的系统与合成生物技术团队、研究员孙际宾带领的系统生物分析团队以及研究员王猛带领的高通量新分子生物合成团队合作,在重要工业平台微生物谷氨酸棒杆菌中开发了多元自动化基因组编辑方法MACBETH(Multiplex Automated Corynebacterium glutamicum Base Editing Method)。该方法结合CRISPR/Cas9系统的定位功能与胞嘧啶脱氨酶(AID)的碱基编辑功能,可在染色体靶位点实现从C到T的编辑,编辑效率高达90%。MACBETH可同时在多个基因中生成提前的终止密码子,以失活靶基因。在天津工生所的自动化平台上,可实现从质粒构建、基因组编辑、获取正确突变株和表型验证的全流程自动化操作,编辑能力可达到每月数千突变株。作为示例,MACBETH用于一次性构建94个调控因子单独失活的菌株库,成功率达到100%。由于不需要额外提供DNA模板,该方法可降低基因组编辑难度与成本,并可在不影响基因组结构的前提下,快速构建全基因组规模的单基因失活菌株库,有望加快谷氨酸棒杆菌的基础和应用研究,为将谷氨酸棒杆菌改造为通用的微生物底盘提供技术支持。同时,该方法也为在其他原核生物中实现多靶点和自动化的基因组编辑提供了参考。 相关研究成果发表在Metabolic Engineering上,助理研究员王钰、研究实习员刘叶为论文的共同第一作者。该研究得到了国家自然科学基金、中国科学院前沿科学重点研究项目、中国科学院重点部署项目、中国科学院率先行动“相关人才计划”和天津市特支计划项目的资助。
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    • 编译者:姜丽华
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