研究發現沉默轉基因的激活不依賴於拷貝數和DNA過甲基化的變化

2020-11-25 生物谷

 

轉基因表達的穩定性在種苗商業化生產中具有重要作用，然而基因沉默現象影響著這種穩定性的產生與維持。

中國科學院華南植物園區永祥團隊長期致力於多基因定點疊加技術的研發以加快分子育種進程。要獲得定點疊加的多基因材料並非易事，在菸草中的實驗結果表明，其效率約為5%，可是在這些留下的材料中，卻有1/3存在轉基因沉默現象，無法正常使用（Hou et al.， 2014 Molecular Plant 7：1756-1765）。如果能使這些材料重新表達沉默的轉基因，將會大大提高這項技術的效率。以往的研究表明，許多因子都與基因沉默相關，如轉基因在基因組的插入位置、轉基因拷貝數目、重複序列、轉基因純合雜合狀態和DNA甲基化等。雖然定點疊加技術可以確保轉基因精準地插在有利於基因表達的基因組位置上，進而減少基因沉默的可能性，但也無法完全避免轉基因發生沉默。在區永祥課題組之前獲得的材料中，就有一個成功進行了基因定點疊加但轉基因出現了沉默現象的菸草株系（23.C.7）。在這個株系中具有兩個拷貝轉基因，一個為定點整合（S），另一個為隨機插入（R），而且這些轉基因拷貝都出現了DNA過甲基化現象。對此，人們是否能通過移除其中一個拷貝來激活沉默轉基因的表達呢？

為了解答這個問題，華南植物園博士生魏俊傑等人在研究員區永祥的指導下，將該轉基因材料與野生型菸草進行了回交並分析了後代的基因表達情況。研究發現，在一些植株回交的後代中依然存在著基因沉默現象，而在另一些植株回交的後代中，定點整合拷貝中的轉基因卻發生了不同程度的表達激活。意外的是，這種活化現象不但存在於含單拷貝（S）的植株中而且發生在含雙拷貝（RS）的植株中（圖1）。與預期不同，沉默轉基因的活化與拷貝數的變化並無密切的關聯性。DNA甲基化的數據表明，基因表達良好的對照株系23.C.4（含有單個定點插入拷貝（S）而且轉基因表達情況良好的株系）與基因發生沉默的株系23.C.7在轉基因甲基化的程度上存在著明顯差異，所以他們嘗試從DNA 甲基化的角度去尋找答案。然而，分析結果卻說明，在基因激活程度不同的植株之間，DNA過甲基化的水平和模式並沒有明顯的差異。由此可見，雖然DNA甲基化參與了基因沉默，但是並不涉及沉默基因的激活。綜上所述，該研究表明轉基因植株的基因沉默狀態可以通過回交得到一定程度上的激活，但是這種現象的出現並不依賴於轉基因拷貝數和DNA過甲基化的變化，而確切的激活機制有待進一步探索。(生物谷Bioon.com）

 

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