昆明植物所雙子葉胚乳型種子基因組DNA甲基化研究獲進展

2020-12-02 中國生物技術信息網

昆明植物所雙子葉胚乳型種子基因組DNA甲基化研究獲進展

來源：昆明植物研究所   發布者：張薦轅   日期：2016-05-06   今日/總瀏覽：4/3206


蓖麻胚和胚乳基因組DNA甲基化調控的模式

DNA甲基化是一種非常重要的表觀修飾因子，參與異染色質的形成、轉座子的沉默、基因表達的調控以及印跡基因的發生。在植物中，DNA甲基化主要發生在CG、CHG和CHH序列上（其中H代表非G的鹼基類型），分別由MET1、CMT3和RNA指導的DRM2甲基轉移酶來維持；同時，開花植物中還存在DNA的主動去甲基化過程，由DNA糖基化酶通過剪切修復機制實現。目前在植物中主要發現三類DNA糖基化酶即：DME，ROS1，DML2和3。因此，基因組最終的甲基化水平是由DNA甲基轉移酶和去甲基化酶的活動共同決定。越來越多的證據顯示DNA甲基化對種子發育和儲存物質的生物合成具有重要的調控作用。

雖然研究發現單、雙子葉植物基因組甲基化式樣分化明顯，而且在擬南芥、水稻和玉米的種子中，胚乳基因組（相對於胚基因組）表現出廣泛的低甲基化，但是由於雙子葉模式植物擬南芥的胚乳組織只存在於種子發育早期，隨著種子發育逐漸消失，長期以來在雙子葉植物胚乳中研究基因組低甲基化的生物學意義受到限制。蓖麻種子是典型的雙子葉胚乳型種子，是種子生物學研究的模式材料，也為研究雙子葉植物胚乳基因組低甲基化的生物學意義提供了理想的材料。

近日，中國科學院昆明植物研究所劉愛忠研究組對蓖麻胚和胚乳組織的基因組DNA甲基化及其生物學意義進行了深入研究，揭示了蓖麻種子基因組中CHH甲基化是主要的甲基化形式，和其它種子植物如擬南芥、水稻和玉米相比，蓖麻種子DNA甲基化圖譜顯著不同，暗示了植物種子基因組DNA甲基化式樣的不保守性。特別是，和胚乳基因組CG和CHG低甲基化相比，CHH 的甲基化沒有展示顯著的低甲基化。進一步，結合DNA甲基化相關基因的表達以及調控DNA甲基化的small RNA的表達譜分析，研究揭示了蓖麻胚乳CG和CHG甲基化水平的下降，與MET1和CMT1甲基轉移酶的表達抑制以及DME去甲基化酶的表達激活有關。而且胚乳中CG與CHG甲基化水平的下降與胚乳偏愛性基因的表達密切相關，而且研究發現這些基因廣泛地參與了胚乳的發育過程。同時，研究發現胚乳中高豐度的CHH甲基化與24-siRNAs介導的RdDM途徑以及DRM3甲基化轉移酶的表達激活有關。該研究不僅嶄新地揭示了雙子葉胚乳型種子基因組甲基化的規律，而且為研究植物種子基因組甲基化的生物學意義提供了重要依據。

研究結果以Genomic DNA methylation analyses reveal the distinct profiles in castor bean seeds with persistent endosperms 為題發表在植物學期刊Plant Physiology上。該研究得到國家科技支撐項目（2015BAD15B02）、國家重點基礎研究發展規劃項目（2014CB954100）和國家自然科學基金項目（31501034）的支持。

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