《上海生科院揭示等位遗传调控机制》

  • 来源专题:转基因生物新品种培育
  • 编译者: 雷洁
  • 发布时间:2016-05-17
  • 借助萤火虫荧光蛋白(LUC)筛选系统,发现在DNA去甲基化关键蛋白ROS1的突变体中,报告基因的启动子区域由于表观修饰的改变而导致LUC报告基因沉默。有趣的是即使ROS1基因的突变被恢复到野生型,LUC报告基因的沉默状态依然能够稳定地遗传到后代(后代株系称为WT-LUC')。沉默表达的LUC'能够使稳定表达的LUC发生基因沉默,新生成的LUC'不仅能够稳定遗传沉默状态,而且还能改变稳定表达的LUC使其成为LUC'。遗传学分析表明:等位遗传的发生与维持依赖于多拷贝重复序列上DNA甲基化水平(尤其是CG和CHG甲基化)的升高和组蛋白异染色质化,形成一种稳定的、不可逆转的基因沉默状态;其维持和传递的过程是在DNA甲基化,组蛋白修饰和小分子RNA多重基因沉默途径相关重要蛋白的共同参与下,使该位点的沉默状态稳定地遗传给子代和等位位点。

    等位遗传的存在并非是一个偶然事件,而是生物适应环境的一个重要表现,对于植物尤其重要。发生等位遗传的亲本传递了一个环境变化的讯号,从而使后代可以和其亲本一样在类似环境下生存,这样更有利于提高植物对环境的适应性。该研究成果系统地解析了DNA甲基化、组蛋白修饰和非编码RNA等在等位遗传发生、维持与传递过程中的重要贡献。解析等位遗传的分子机制,将为植物响应环境应答,作物分子设计育种提供一套新的理论基础和指导。

  • 原文来源:http://www.cell.com/cell-reports/abstract/S2211-1247(15)00435-0
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  • 《上海生科院揭示拟南芥DNA主动去甲基化调控新机制》

    • 来源专题:转基因生物新品种培育
    • 编译者:dingqian
    • 发布时间:2016-12-23
    • 12月9日,《细胞研究》(Cell Research)杂志在线发表了中国科学院上海生命科学研究院上海植物逆境生物学研究中心朱健康研究组题为A pair of transposon-derived proteins function in a histone acetyltransferase complex for active DNA demethylation 的研究论文。该研究利用模式植物拟南芥揭示了HDP1和HDP2作为组蛋白乙酰转移酶IDM抗沉默复合体的新组件,在DNA主动去甲基化过程中发挥着重要作用,是近年来表观遗传领域的一项重要进展。 DNA甲基化是植物和哺乳动物中最主要的表观遗传修饰之一,它广泛参与转录抑制、转座子沉默、细胞发育与分化调节、基因组印迹、X染色体失活、重编程等过程,对维持物种的基因组稳定性、调控基因表达具有重要作用。DNA的甲基化过程和与之拮抗的去甲基化过程共同决定了基因组甲基化总水平及其分布模式。在植物中,DNA主动去甲基化过程是通过ROS1家族介导的碱基切除修复机制来实现的。朱健康研究组以往的研究发现,组蛋白乙酰化酶IDM1能识别多个表观遗传学标记,并对相应位点的组蛋白进行乙酰化,从而改变该特定区域染色体的结构,使得ROS1对该区域的DNA进行去甲基化(Qian et al., Science,2012)。随后研究又揭示甲基化CpG结合蛋白MBD7通过将IDM2、IDM3、 IDM1三个蛋白招募到甲基化DNA,形成抗沉默蛋白复合体,促使DNA去甲基化酶发挥功能,抑制DNA高度甲基化并阻止转录水平的基因沉默(Lang et al., Molecular Cell,2015)。然而,MBD7单独不能决定IDM1的靶标特异性,因为该复合物并不能指导ROS1去甲基化酶对所有IDM1靶位点进行去甲基化。因此,在IDM复合物中可能存在其他蛋白组分,该蛋白组分与MBD7共同决定着IDM复合物的靶标特异性。 在这项研究中,研究人员发现一对Harbinger转座子衍生蛋白(HDP蛋白)-HDP1和HDP2是IDM复合体的新成员。其中HDP1由Harbinger转座酶进化而来,HDP2是Harbinger转座子来源的DNA结合蛋白。这两个基因的功能缺失突变,不仅增强了外源转基因以及内源转座基因的沉默,同时也使基因组DNA甲基化水平升高。研究表明,HDP1在细胞核中与HDP2相互作用,并且对于IDM1组蛋白乙酰转移酶活性是必需的。此外,HDP2和MBD7靶向的基因组位点大部分重叠。该研究表明,HDP1-HDP作为IDM组蛋白乙酰转移酶复合物的新组分与其他蛋白共同决定了该复合物的靶向特异性,从而在DNA主动去甲基化及防止表观遗传沉默途径中发挥重要作用。
  • 《遗传发育所揭示决定种子活力的表观遗传调控机制》

    • 来源专题:转基因生物新品种培育
    • 编译者:姜丽华
    • 发布时间:2023-02-13
    •   种子的出现,使高等植物能够在多样的自然环境中得以广泛生存和分布。产生高活力的种子从而在环境条件合适时迅速萌发并发育产生健壮的幼苗是高等植物繁衍的关键,也是农业生产中种子品质的重要指标。然而,在种子形成时,其萌发和胚后发育的能力如何产生,尚不清楚。        近日,中国科学院遗传与发育生物学研究所姜丹华研究组在《自然-通讯》(Nature Communications)上,发表了题为Histone H3.3 deposition in seed is essential for the post-embryonic developmental competence in Arabidopsis的研究论文。该研究发现了一个组蛋白H3的变体H3.3在染色质上的装配是种子获得萌发和胚后发育能力的关键,并分析了H3.3在其中可能发挥的调控机制,为进一步阐释种子活力的形成机制奠定了基础。        对H3.3完全敲除的拟南芥突变体的研究发现,该突变体能够正常产生成熟的种子,且形态和种子储藏蛋白等指标均与野生型一致。然而,h3.3突变体种子无法正常萌发,抑或是少数萌发的种子也在萌发后立即停止发育。研究分析H3.3在种子染色质上的分布发现,其在成熟种子中具有特异的基因5’端/启动子区和基因3’端均富集的分布模式,而在营养组织如幼苗中H3.3仅在基因3’端富集。H3.3对于成熟种子中染色质开放性的形成颇为重要,促进基因5’端/启动子区的开放,从而使种子在萌发时感知环境以及胚后发育的基因能够正常表达。此外,H3.3在基因3’端抑制染色质的开放性和基因上的异常转录 (cryptic transcription)。   该研究揭示了植物通过组蛋白变体H3.3在种子中的特异装配,从而“打开”染色质为其萌发和胚后发育做了准备机制。因而在一定程度上H3.3具有类似先锋因子在细胞命运调节中的作用。作为一种替代(replacement)组蛋白,H3.3在较多植物细胞的分化时均发生明显富集。因此,H3.3可能是植物细胞命运决定的关键因子,对其作用机制的进一步研究将有助于探索植物再生等重要科学问题。        研究工作得到中国科学院战略性先导科技专项、国家自然科学基金和国家重点研发计划等的支持。