表觀遺傳與花期調(diào)控

表觀遺傳與花期調(diào)控第1頁(yè)/共39頁(yè)提綱表觀遺傳學(xué)概述表觀遺傳調(diào)節(jié)機(jī)制花期調(diào)控機(jī)制前景第2頁(yè)/共39頁(yè)表觀遺傳學(xué)概述表觀遺傳學(xué)調(diào)節(jié)機(jī)制花期調(diào)控機(jī)制前景第3頁(yè)/共39頁(yè)表觀遺傳現(xiàn)象馬和驢父本母本不同，雜交的后代不同人身體上的疤痕同卵雙生雙胞胎雖然具有相同的DNA序列，卻存在表型的差異和疾病易感染性的差異第4頁(yè)/共39頁(yè)表觀遺傳1939年,發(fā)育生物學(xué)家Waddington率先創(chuàng)造了“表觀遺傳學(xué)”這一術(shù)語(yǔ)1942年,“表觀遺傳學(xué)”作為生物學(xué)的一個(gè)分支出現(xiàn)，正式劃分出來(lái)1975RobinHoliday對(duì)表觀遺傳學(xué)提出比較系統(tǒng)的界定第5頁(yè)/共39頁(yè)表觀遺傳學(xué)（epigenetics）表觀遺傳學(xué)是指不涉及DNA序列改變的基因或者蛋白表達(dá)的變化，并可以在發(fā)育和細(xì)胞增殖過(guò)程中穩(wěn)定傳遞的遺傳學(xué)分支學(xué)科。表觀遺傳現(xiàn)象就是不依賴于DNA序列的遺傳現(xiàn)象。第6頁(yè)/共39頁(yè)表觀遺傳學(xué)與傳統(tǒng)遺傳學(xué)

不同點(diǎn)：1.不符合孟德爾遺傳定律2.遺傳序列即DNA序列未發(fā)生改變第7頁(yè)/共39頁(yè)第8頁(yè)/共39頁(yè)表觀遺傳學(xué)概述表觀遺傳學(xué)調(diào)節(jié)機(jī)制花期調(diào)控機(jī)制前景第9頁(yè)/共39頁(yè)DNA甲基化DNA甲基化是常見的表觀遺傳學(xué)現(xiàn)象，主要是基因組DNA上的胞嘧啶第5位碳原子和甲基間的共價(jià)結(jié)合，胞嘧啶由此被修飾為5-甲基胞嘧啶，被稱為是“第五堿基”。DNA甲基化對(duì)基因組的排列是非常重要的，它可以抑制轉(zhuǎn)座因子和外來(lái)DNA和RNA的轉(zhuǎn)錄，降低由非等位基因之間的轉(zhuǎn)座和重組導(dǎo)致的基因組破壞，并可免遭病原的侵染。第10頁(yè)/共39頁(yè)2009年在nature上有兩篇報(bào)道稱在哺乳動(dòng)物基因組DNA中5-羥甲基胞嘧啶(5-hmC)與5-mC同樣廣泛存在。目前普遍接受5-hmC為高等生物基因組的“第六堿基”，但是在高等植物中是否廣泛存在這種堿基以及是夠影響植物的生長(zhǎng)發(fā)育還是未知。第11頁(yè)/共39頁(yè)參與DNA甲基化的酶第12頁(yè)/共39頁(yè)DNA甲基化的研究方法AFLP擴(kuò)增片段長(zhǎng)度多態(tài)性MSAP甲基化敏感擴(kuò)增多態(tài)性MSP新型顯微分光光度計(jì)系統(tǒng)DHPLC變性高效液相色譜分析

第13頁(yè)/共39頁(yè)AFLP基本流程提取RNA37℃酶切反轉(zhuǎn)錄cDNA酶切液16℃過(guò)夜連接連接液預(yù)擴(kuò)增預(yù)擴(kuò)液選擇性擴(kuò)增選擴(kuò)液電泳條帶分析第14頁(yè)/共39頁(yè)MASP基本流程EcoRI/HapII，EcoRI/MspII兩種酶組合第15頁(yè)/共39頁(yè)組蛋白共價(jià)修飾

組蛋白修飾包括組蛋白的乙酰化、磷酸化、甲基化、泛素化及ADP核糖基化等。

甲基化乙酰化磷酸化第16頁(yè)/共39頁(yè)

單一組蛋白的修飾往往不能獨(dú)立地發(fā)揮作用，一個(gè)或多個(gè)組蛋白尾部的不同共價(jià)修飾依次發(fā)揮作用或組合在一起，形成一個(gè)修飾的級(jí)聯(lián)，它們通過(guò)協(xié)同或拮抗來(lái)共同發(fā)揮作用。這些多樣性的修飾以及它們時(shí)間和空間上的組合與生物學(xué)功能的關(guān)系可作為一種重要的表觀標(biāo)志或語(yǔ)言，也被稱為“組蛋白密碼”(histonecode)。第17頁(yè)/共39頁(yè)參與組蛋白修飾的酶第18頁(yè)/共39頁(yè)研究方法染色體免疫共沉淀(chromatinimmunoprecipita-tion,ChIP)全基因組DNA芯片技術(shù)(chromatinimmunoprecipi-tation-on-chip,ChIP-on-chip)全基因組定位技術(shù)(Genome-widemappingtechnique,GMAT)第19頁(yè)/共39頁(yè)小RNA小RNA通過(guò)影響mRNA的穩(wěn)定性或翻譯實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)錄后的基因沉默（post-transcriptionalgenesilencing）。小RNA通過(guò)影響對(duì)染色質(zhì)的表觀修飾參與基因的轉(zhuǎn)錄水平沉默（transcriptionalgenesilencing）小RNA介導(dǎo)的基因沉默中的核心分子:Dicers和

Argonautes第20頁(yè)/共39頁(yè)小RNA種類的不同是由Dicers和

Argonautes決定的。miRNA和siRNA是由不同的DCL加工的,擬南芥中有4個(gè)DCL蛋白，它們的多樣性提高了植物的防御性。miRNA和siRNA結(jié)合不同的AGO蛋白。

AGO1偏好剪切靶基因mRNA，它與miRNA結(jié)合。AGO4偏好與siRNA結(jié)合，參與DNA的甲基化。第21頁(yè)/共39頁(yè)小RNA的研究方法表達(dá)譜高通量測(cè)序降解組測(cè)序構(gòu)建小RNA文庫(kù)Northern分析微陣列miRNA分析PCR技術(shù)新小RNA的鑒定表達(dá)分析第22頁(yè)/共39頁(yè)染色質(zhì)重塑

染色質(zhì)重塑(chromatinremodeling)就是基因表達(dá)調(diào)控過(guò)程中所出現(xiàn)的一系列染色質(zhì)結(jié)構(gòu)變化的總稱。兩類：依賴共價(jià)結(jié)合反應(yīng)的化學(xué)修飾，也就是所謂的組蛋白密碼。SWI/SNF和有關(guān)的染色質(zhì)重塑復(fù)合體利用ATPase和解旋酶活性來(lái)改變核小體在DNA上的位置，靠ATP水解所釋放的能量改變?nèi)旧|(zhì)。第23頁(yè)/共39頁(yè)不同表觀遺傳調(diào)控之間相互影響已證實(shí)DNA甲基化與組蛋白去乙?；嚓P(guān)，而乙?；钦{(diào)控基因表達(dá)的另一重要方式。miRNA的表達(dá)受甲基化和其它表觀遺傳機(jī)制的調(diào)控。第24頁(yè)/共39頁(yè)表觀遺傳學(xué)概述表觀遺傳調(diào)節(jié)機(jī)制花期調(diào)控機(jī)制前景第25頁(yè)/共39頁(yè)花期調(diào)控途徑春化作用途徑（Vernalizationpathway）光周期途徑（Photoperiodpathway）自主開花途徑（Autonomouspathway）赤霉素途徑（Gibberellicacidpathway）第26頁(yè)/共39頁(yè)調(diào)控相關(guān)基因第27頁(yè)/共39頁(yè)DNA甲基化與花期調(diào)控植物若在適宜的環(huán)境下開花，F(xiàn)LC必須關(guān)閉。甲基化抑制劑導(dǎo)致DNA甲基化水平降低，使FLC活性關(guān)閉隨后誘導(dǎo)植物提前開花。

作用機(jī)理：DNA甲基化抑制劑引起FLC的表達(dá)下調(diào)不需要春化特異蛋白的參與，通過(guò)抑制FLC和MAF基因家族共有的反式作用因子的表達(dá)來(lái)實(shí)現(xiàn)FLC表達(dá)的沉默進(jìn)而解除開花的抑制狀態(tài)。第28頁(yè)/共39頁(yè)光周期誘導(dǎo)其開花過(guò)程伴隨DNA甲基化水平的降低，并且用5-azaC處理代替光周期誘導(dǎo)可以使其在非光周期誘導(dǎo)條件下開花，還證實(shí)了5-azaC對(duì)DNA甲基化水平的降低程度比光周期誘導(dǎo)使其降低的比值大。近兩年發(fā)現(xiàn)了新的DNA去甲基化抑制劑Zebularine，它和5-azaC都能誘導(dǎo)植物開花，在短日照植物矮牽牛中，即使無(wú)短日照誘導(dǎo)，用Zebularine處理的植株也能開花。第29頁(yè)/共39頁(yè)組蛋白修飾與花期調(diào)控FLC位點(diǎn)組蛋白的甲基化修飾有利于FLC的沉默從而促進(jìn)開花。第30頁(yè)/共39頁(yè)小RNA介導(dǎo)的花期調(diào)控第31頁(yè)/共39頁(yè)染色質(zhì)重塑在無(wú)光周期誘導(dǎo)的條件下，ATP酶基因AtBRM沉默的植株CO、FT、SOC1表達(dá)量增加，花期較野生型植株花期提前。第32頁(yè)/共39頁(yè)展望由于轉(zhuǎn)基因超高的表達(dá)、存在dsRNA、存在異常的RNA等因素造成的轉(zhuǎn)基因沉默，目前，通過(guò)表觀遺傳修飾而改變生物的遺傳性狀具有巨大的理論意義與經(jīng)濟(jì)價(jià)值。第33頁(yè)/共39頁(yè)問(wèn)題作用機(jī)理不明確：5-azaCDNA甲基化水平信號(hào)因子作用基因變化位點(diǎn)低溫處理引起的甲基化?第34頁(yè)/共39頁(yè)參考文獻(xiàn)[1]邢天,禹丁衛(wèi).DNA表觀遺傳修飾的研究-基因組的第六堿基[J]．生理科學(xué)進(jìn)展，2012，43(3):164－168．[2]劉合霞,周堅(jiān).DNA甲基化對(duì)植物發(fā)育調(diào)控的研究進(jìn)展[J]．安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2012，40(2):637－639,672．[3]張莉，賈峰，張廣樂(lè)等.植物DNA甲基化研究進(jìn)展[J]．安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2012，40(6):3218－3221．[4]杜亞瓊.四種藥品處理對(duì)擬南芥DNA甲基化的影響[D];河南大學(xué),2011.[5]楊長(zhǎng)平,吳登俊.利用文獻(xiàn)挖掘分析表觀遺傳學(xué)研究主題和趨勢(shì)[J]．中國(guó)畜牧雜志，2013，49(1):78－82．第35頁(yè)/共39頁(yè)[6]蔣智文,劉新光,周中軍.組蛋白修飾調(diào)節(jié)機(jī)制的研究進(jìn)展[J]．生物化學(xué)與生物物理進(jìn)展，2009，36(10):1252－1259．[7]邢世巖,李際紅,王京梅.植物表觀遺傳變異[J]．分子植物育種，2009，7(5):996－1003．[8]孔祥東，王軍，張思仲．DNA甲基化與發(fā)育調(diào)節(jié)［J］．生物學(xué)通報(bào)，2000，35(8):19－20．[9]李健，馬力耕.染色質(zhì)重塑和高等植物開花時(shí)間控制[J]．細(xì)胞生物學(xué)雜志，2005，27:24－28．[10]WenyanXiao,RoyC.Brown,BettyE.Lemmon,RegulationofSeedSizebyHypomethylationofMaternalandPaternalGenomes[J].PlantPhysiology,.2006,142:1160–1168．第36頁(yè)/共39頁(yè)[11]MaghsoudPazhouhandeh,JeanMolinier,AlexandreBerr,PascalGenschik.3MSI4/FVEinteractswithCUL4–DDB1andaPRC2-likecomplextocontrolepigeneticregulationoffloweringtimeinArabido