《转录组动力学揭示了早期拟南芥胚胎的基因表达图谱》

  • 来源专题:转基因生物新品种培育
  • 编译者: Zhao
  • 发布时间:2017-11-27
  • 在植物早期的胚胎发育期间,所有主要组织和干细胞的前体均已形成。尽管调控框架的一些组成部分是已知的,但全基因组转录活性如何指导细胞命运尚不清楚,部分原因是由于在细胞解析下捕获转录组的变化过程十分困难。于是,我们开发改编了一套双组分转基因生物标记系统来纯化特定细胞类型的细胞核RNA,并生成了针对根干细胞生态位的形成的早期拟南芥胚胎发育的转录组图谱。我们通过基因表达分析验证了获取到的数据集,并且结果显示出其基因活性以时空方式进行转换,这在一定程度上可能意味着转录的重编程,以诱导反发育过程中反映细胞状态和状态转变过程。研究产生的转录组图谱为早期植物胚胎中全基因组基因活性提供了最全面的组织和细胞特异性描述,是理解早期植物发育遗传控制的宝贵资源。

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    • 来源专题:转基因生物新品种培育
    • 编译者:雷洁
    • 发布时间:2016-04-27
    • 表达模式是基因的基本属性,了解基因表达模式在进化中的改变及其分子机制是进化生物学研究的重要内容。然而,由于表达模式本身是个非常复杂的概念,前人对其进化分子机制的研究尚不深入,典型的例子并不多见。中国科学院植物研究所孔宏智研究组以拟南芥中的APETALA1(AP1)和CAULIFLOWER(CAL)基因为例,对重复基因表达分化的模式、过程和机制进行了研究。 研究人员发现,作为一对由基因组加倍事件产生的重复基因,AP1和CAL在表达的时、空、量上均有差异,而且这些差异与其调控区一些转录因子结合位点的存在与否有关。在众多的转录因子结合位点中,AP1调控区的一个CArG box是导致两个基因表达分化的重要原因——由于该位点的存在,AP1既能自调控、又能被CAL调控,从而使AP1能够长时间维持较高的表达水平。通过进化分析,研究人员发现AP1的这个自调控位点是在拟南芥和琴叶拟南芥的最近共同祖先中获得的,是对祖先基因中个别碱基的修饰。研究还发现,AP1和CAL在调控元件上的差异是逐渐积累的,前者在保留祖先所有转录因子结合位点的同时获得了新的调控元件,而后者在进化的早期就丢失了多个转录因子结合位点。 该研究结果不仅阐明了AP1和CAL表达分化的分子机制,而且揭示了调控元件和表达模式进化的过程和特点。特别值得一提的是,该研究表明重复基因的表达分化其实是一个非常复杂的动态过程,不能用简单的经验模型来解释。研究结果对于理解基因表达进化的模式和机制具有重要意义,同时为深入理解重复基因的表达分化提供了新的思路。
  • 《Nature | 转录-复制相互作用揭示了细菌基因组调控》

    • 来源专题:战略生物资源
    • 编译者:李康音
    • 发布时间:2024-01-29
    • 2024年1月24日,纽约大学格罗斯曼医学院等机构的研究人员在杂志Nature上发表了题为Transcription–replication interactions reveal bacterial genome regulation的文章。 生物体通过几种在整个基因组中重复出现的调控模式来确定数千个基因的转录率。在细菌中,基因的调控结构与其表达之间的关系对于单个模型基因回路是很清楚的。然而,在基因组尺度上缺乏对这些动态的更广泛视角,部分原因是细菌转录组学迄今为止只捕获了数百万个细胞平均表达的静态快照。因此,基因表达动力学的全部多样性及其与调控结构的关系仍然未知。 该研究提出了一种新的全基因组调节模式分类,该分类基于每个基因对其自身复制的转录反应,研究人员称之为转录-复制相互作用谱(TRIP)。通过分析单细菌RNA测序数据,研究人员发现对染色体复制普遍扰动的反应将生物调控因子与染色体上的生物物理分子事件相结合,揭示了基因的局部调控背景。虽然许多基因的 TRIP 符合基因剂量依赖性模式,但其他基因以不同的方式分化,这是由操纵子内位置和抑制状态等因素决定的。通过揭示基因表达异质性的潜在机制驱动因素,这项工作为模拟复制依赖性表达动力学提供了一个定量的生物物理框架。