表观遗传学2016.ppt

甲基化功能： （一） 宿主防御模型：抑制转座子的活性 1） 转座子的甲基化 2） 人类基因组~45% 的区域是转座子 3） 高度甲基化，细胞中90% 的甲基化CpG 位于转座子中 4） 转座子的活性：对机体非常有害 （二）基因调控模型 1. DNA 甲基化的主要功能：转录沉默 (silencing transcription) (1) 基因的启动子区域通常被甲基化修饰； (2) 建立特定的基因表达模式：组织特异性、生殖特异性… (3) 基因印记、X 染色体失活。 2. DNA 甲基化抑制基因转录的机制： (1) 干扰转录因子对DNA 元件的识别和结合； (2) 将转录因子的DNA 识别序列转变为阻抑物的识别序列； (3) DNA 甲基化有利于招募染色质重塑或修饰因子 3. DNA 甲基化：是转录沉默的结果和维持 ，而不是原因。 DNA甲基化对植物生长发育的调节 在植物正常生长发育过程中的不同时期、 不同组织， DNA 甲基化水平的差异是必然的。 研究表明，造成植物异常发育的主要原因之一是 DNA 去甲基化。在转基因的拟南芥中，去甲基化可以引起表型的巨大变异; 人们在研究云兰属植物 inaria vulgaris 的过程中发现控制花形状的 lcyc 基因甲基化水平很高， 但是该基因不能表达，从而使得花的形状由左右对称变为辐射状。 基于前人广泛对于植物 DNA 甲基化程度研究，发现其大致处在 4.16﹪～30 ﹪范围内。 大量去甲基化的研究表明，在植物生长发育中，随着时间的增加，组织器官会发生组织特异性，为了保证这种组织特异性就需要与组织特异性相关的基因能正常表达，而与之不相关的基因失活。 说明在植物中 DNA 甲基化发生可能与组织特异性有关，而去甲基化则可能与基因活化有关。总之，在植物基因组 DNA 甲基化与去甲基化共同作用保证植物正常生长发育。 甲基化与体细胞无性系变异 在对组织培养过程中总甲基化的改变进行研究时，发现再生植株及其后代的 DNA 甲基化模式变异很大。 在对组织培养诱发油椰子基因组表观遗传变异的研究中，比较正常植株、离体组织培养苗以及再生植株基因组范围的 DNA 甲基化分布和结构。结果表明，其表型是与基因组成分的甲基化模式的改变有关，暗示 DNA 甲基化变异在组织培养诱导的体细胞无性系变异中确实起重要作用。 甲基化与植物春化作用及开花 甲基化和春化与促进提早开花的机制密切相关 。在亚麻开花研究中发现，控制早花型的3个基因位点经常发生甲基化，在正常发育阶段，这些位点的去甲基化将导致相变的发生 。 用 5- azaC 处理亚麻后，植株的株高明显降低，开花时间提早 7～13 d 。这说明低温春化促进开花可能是因为诱导开花有关的基因或其启动子发生去甲基化而进行表达，又使抑制开花的基因重新甲基化而关闭表达，从而诱导植物提早开花。 例如冷处理通过 2个明显的甲基化事件抑制开花抑制基因 FLC 活性，从而促进开花。 DNA甲基化与植物抗逆性 植物在遭遇逆境(低温胁迫、干旱、重金属等)的情况下，基因组 DNA 甲基化可以维持植物基因组功能稳定，防御逆境对植物功能基因的表达造成影响。 研究发现对水稻冷处理 48h 后甲基化模式和水平则发生明显改变，与之对应的基因组中一些 CG 位点有的发生了去甲基化、有的发生了重新甲基化; 对豌豆进行干旱胁迫， 发现其基因组的 DNA 甲基化水平明显增强; 对小麦盐敏感品种、 耐盐品种幼苗进行相同浓度的盐胁迫处理， 发现耐盐品种根和叶片中 5mC 均高于盐敏感品种， 相应的甲基化程度前者也高于后者。 这可能是在盐胁迫时能使得 DNA 甲基化水平改变， 从而诱导有关基因的表达， 植物增强抗盐性。 甲基化与杂种优势 Hepburn 等分析认为,自交能导致甲基化程度的逐渐积累而杂交能使甲基化程度得以解除或重新编排。水稻杂交种及其亲本基因组研究结果表明,虽然总体上甲基化程度与杂种优势不相关,但某些特异位点上甲基化程度的改变却对杂种优势有显著的效应。杂交种与亲本间不同的 DNA 甲基化模式可能是杂种优势表达的一个原因。 对那些杂种优势有效应的甲基化片断(染色体区段) 测序分析并推测 , DNA 甲基化可能主要发生在非编码区 ,尤其是调控区 ,或启动子序列区段的 CpG 岛,它调控着一些可能与杂种优势有关的基因的表达。另外,有的位点甲基化降低对杂种优势有利,而有的位点上甲基化增强对杂种优势有利。说明杂种优势产生过程中,并不仅仅是一些基因表达增强是有利的 ,某些基因受到抑制也是有利的。 甲基化与核仁显性　 在植物多倍化过程中有一个突出的表观遗传现象就是核仁显性 。种间杂种和(或) 新合成的异源多倍体中，源于一个亲本的核仁组织区(NOR) 形成核仁而另一个亲本的 NOR 无活性，