TetR家族转录调控基因tfpA对链霉菌合成A21978C的影响
链霉菌的分子育种策略
链霉菌的分子育种策略摘要:现在链霉菌的选育已经进入分子育种阶段。
其过程包括利用基因阻断、敲除、替换等突变技术了解基因的功能、表达、调控,进而进行抗生素的修饰、改造;将整个次生代谢产物合成基因簇转移到易于工业化操作的宿主系统中,引入抗性基因、调节基因和引入血红蛋白基因;利用基因筛选程序,筛选含有特定类型化合物的基因产生菌,进而获得了相应的次生代谢产物;利用基因组重排技术对出发菌株进行处理等。
链霉菌接合转移体系研究的提出为分子育种打开了一个新的方向。
系统改变基因结构可产生一个完整的突变株文库,从而构建大规模生产不同抗生素的工程菌。
关键词:链霉菌,分子育种,基因Method of Streptomyces’s molecular breeding Abstract:Now The breeding of Streptomyces has entered the stage of molecular breeding. The process includes: Using genedisruption, knockout, replacement mutation technology tounderstand gene function, expression, regulation and control and then have the, modification of antibiotics. The secondarymetabolite biosynthesis gene cluster is transferred to the easy industrial operation of the host system, introducing theresistance gene, gene regulation and introducing the hemoglobin gene;Use of genetic screening programs, screening of specific types of compounds containing the gene producing strain, and obtained the corresponding secondary metabolites;Use of genome shuffling on the starting strain processing and so on . the conjugative transfer system research of Streptomyces has openeda new direction for molecular breeding System changes in genestructure can produce a complete mutant library, so as toconstruct the mass production of different antibioticengineering bacteria.Key words: Streptomyces;molecular breeding,;DNA链霉菌是一类细胞壁类型为I型、革兰氏阳性、好气的最高等的放线菌。
四环素调控原理
四环素调控原理引言:四环素调控系统是基因工程领域中常用的工具,它通过四环素及其衍生物与特定的转录因子结合,从而实现对目标基因的调控。
本文将介绍四环素调控原理及其在基因表达调控中的应用。
一、四环素调控原理的基础四环素调控原理基于四环素转录激活子(TetR)与四环素结合形成复合物的特性。
TetR是一种转录因子,与DNA结合后可以阻止目标基因的转录。
然而,当四环素或其衍生物存在时,它们会与TetR 结合,导致TetR从DNA上解离,从而允许目标基因的转录发生。
二、四环素调控系统的构建为了实现四环素调控原理,需要构建一个四环素调控系统。
该系统包括两个关键组成部分:TetR蛋白和TetO序列。
TetR蛋白通过基因工程技术进行合成,并与目标基因的启动子区域连接。
TetO序列则位于目标基因的启动子区域上,与TetR蛋白结合后可以调控目标基因的转录。
三、四环素的结构和特性四环素是一种广泛存在于自然界的化合物,具有稳定的化学结构和良好的生物相容性。
在四环素调控系统中,四环素通过与TetR蛋白结合,从而改变TetR与DNA的亲和力,实现对目标基因的调控。
此外,四环素还有多种衍生物,如阿奇霉素、土霉素等,它们与TetR蛋白的结合能力和选择性略有不同,可以用于不同的实验需求。
四、四环素调控系统的应用四环素调控系统在基因表达调控中具有广泛的应用前景。
它可以用于研究目标基因的功能及其与其他基因的相互作用。
通过调控目标基因的表达水平,可以揭示基因在生物体内的作用机制。
此外,四环素调控系统还可以用于基因治疗和生物制药领域,实现对基因表达的精确控制,从而提高治疗效果和药物产量。
五、四环素调控系统的优势和局限性与其他调控系统相比,四环素调控系统具有多种优势。
首先,它具有高度的可调控性,可以实现对基因表达的精确调节。
其次,四环素调控系统对细胞的生长和代谢没有明显的毒性影响,适用于不同类型的细胞和生物体。
然而,四环素调控系统也存在一定的局限性,如对TetR蛋白的过度表达可能导致细胞毒性,调控效果可能受到细胞环境和基因座位的影响。
中国海洋大学等(还有农科院农大浙江大学等)分子生物学往年考博试题
中国海洋大学等(还有农科院农大浙江大学等)分子生物学往年考博试题中科院2002年分子遗传学(博士)三、目前已经有一些现成的软件用来预测基因组全序列中的基因。
为了设计这些软件,你觉得哪些关于基因和基因组的分子遗传学知识是必须的?请说明理由。
四、在真核生物中转座子可以分为几种类型?请分述每种类型的结构和特征。
如何利用转座子进行分子遗传学的研究和功能基因组的研究。
五、自从克隆的多利羊诞生以来,报界经常传播所谓克隆动物的缺陷,有一种说法是克隆动物会早衰,有人推测早衰的原因可能是:(1)被克隆的体细胞核的染色体端粒变短或(2)被克隆的体细胞核的基因表达程序已经处在发育上成熟的阶段。
现在请你从染色体DNA复制的角度作支持第(1)种可能的阐述,并从基因表达调控的角度做反对第(2)中可能的阐述。
中国海洋大学博士入学考试试题分子生物学2002年名词解释:基因组学基因组大小基因组复杂度基因表达正控制顺势调控元件开放阅读框架基因芯片内含子肽核酸内含肽问答题:1、叙述遗传中心法则,目前在用的重要分子生物学技术有哪些?请用中心法则解释这些技术的工作原理。
2、基因基本结构如何?(即含有基因的DNA区域具有什么结构能使基因遗传信息传递给蛋白质?)3、什么是遗传变异?变异的本质是什么?现在使用的分子标记系统各利用了哪些变异?都是如何利用的?4、用哪些方法可以获得一段DNA的大量拷贝?分子克隆是获得大量拷贝的技术之一。
请对历史上使用过的和目前仍在使用的分子克隆载体做评述(描述特点,比较异同)5、DNA测序的方法是什么?目前在用的方法和原始方法有什么不同?有一段100千碱基对的DNA片断(没有重复区段),请设计最佳测序策略。
6、分子标记连锁图、物理图、序列图各是什么?相互有什么关系?中国在人类基因组水稻基因组序列草图绘制上有什么贡献?请评价这些贡献的原创性。
7、如果我们测定了某生物的一段DNA序列,你认为通过哪些可能的途径可以了解此段序列的功能?比较一下DNA复制与PCR扩增有和异同?简述分子标记的种类。
2021学年高中生物第6章第2节基因工程及其应用设计二基因工程及其应用课件新人教版必修2
干扰素治疗病毒感染简直 是“万能灵药”!过去从人血 中提取,300L血才提取1mg! 其“珍贵”程度自不用多说。
人造血液、白细胞 介素、乙肝疫苗等通过 基因工程实现工业化生 产,均为解除人类的病 苦,提高人类的健康水 平发挥了重大的作用。
人造血液及其生产
3、基因工程与环境保护 基因工程做成的DNA探针能够十分灵敏地
G AA TT C
C TT AA G
C TT AA G
基因的针线: DNA连接酶
GA A T T C
C T T A AG
DNA连接酶
作用实质: 形成磷酸二酯键
DNA连接酶可把黏性末端之间的缝隙“缝合 〞起来,即把梯子两边扶手的断口连接起来, 这样一个重组的DNA分子就形成了。
restriction endonuclease
D C.切断b处的酶为解旋酶
D.切断b处的为限制性内切酶
2、1976年,美国的H.Boyer教授首次将人的生长抑制素释放因子的基因转
入大肠杆菌,并获得表达,这是人类第一次获得的转基因生物,此文
C 中的表达是指该基因在大肠杆菌
A.能进展DNA复制
B.能进展转录和翻译
C.能控制合成生长抑制素释放因子 D.能合成人的生长激素
检测环境中的病毒、细菌等污染。
1t水中只有10个病毒也能被DNA探针检测出来
基因工程做成的“超级细菌〞能吞食和分解多 种污染环境的物质。
通常一种细菌只能分解石油中的一种烃类,用基因 工程培育成功的“超级细菌”却能分解石油中的多种烃 类化合物。有的还能吞食转化汞、镉等重金属,分解
DDT等毒害物质。
三、转基因生物与转基因食品的平安 性
提高生产产量、降低 生产本钱。
胰岛素是治疗糖尿病的特效 药,长期以来只能依靠从猪、牛 等动物的胰腺中提取,100Kg胰 腺只能提取4-5g的胰岛素,其产 量之低和价格之高可想而知。
《向日葵四跨膜蛋白(Tetraspanin,TET)家族基因在向日葵—列当寄生体系中的作用研究》范文
《向日葵四跨膜蛋白(Tetraspanin,TET)家族基因在向日葵—列当寄生体系中的作用研究》篇一向日葵四跨膜蛋白(Tetraspanin, TET)家族基因在向日葵-列当寄生体系中的作用研究摘要本文通过对向日葵与列当之间的寄生体系进行研究,特别是针对向日葵四跨膜蛋白(TET)家族基因在此体系中的作用进行了详细探讨。
采用分子生物学手段及实验验证方法,探索TET家族基因的差异表达情况以及与列当寄生关系的相互影响,以期为农作物病害防治和抗病育种提供新的思路和理论依据。
一、引言向日葵作为重要的油料作物和经济作物,在农业种植中具有较高的经济价值。
然而,其常遭受多种病害的侵袭,其中列当寄生是影响向日葵产量和品质的重要问题之一。
列当是一种常见的寄生植物,通过与向日葵建立寄生关系来获取营养,从而对向日葵的生长产生严重影响。
近年来,随着分子生物学技术的发展,基因层面的研究成为揭示植物与病原生物相互作用机制的重要手段。
因此,研究向日葵四跨膜蛋白(TET)家族基因在向日葵-列当寄生体系中的作用,对于理解植物与病原生物的互作机制、提高作物的抗病性具有重要意义。
二、材料与方法2.1 材料选取健康和被列当寄生的向日葵植株作为实验材料,并从相关数据库中获取TET家族基因的序列信息。
2.2 方法采用分子生物学技术,如PCR、实时荧光定量PCR、基因克隆、转基因等手段,对TET家族基因在向日葵-列当寄生体系中的表达情况进行研究。
同时,结合生物信息学分析,对TET家族基因的结构和功能进行预测和分析。
三、结果与分析3.1 TET家族基因的表达模式通过实时荧光定量PCR实验,我们发现TET家族基因在健康和被列当寄生的向日葵植株中存在差异表达。
在被列当寄生的向日葵中,TET家族基因的表达量明显上升或下降,这表明TET 家族基因可能参与了向日葵与列当之间的互作过程。
3.2 TET家族基因的结构与功能预测通过生物信息学分析,我们确定了TET家族基因的序列特征和结构特点。
专业前沿知识讲座综述论文
专业前沿知识讲座综述论文假单细胞株M18专业:生物工程姓名:陈莹学号:20103304假单胞菌株M18(Pseudomonas sp.M18)是从上海郊区甜瓜根际分离筛选到的一株具有生物防治功能的假单胞菌新种,其生防作用部分归功于其分泌的包括】假单胞菌株M18(Pseudomonassp. M18)是从甜瓜根际土壤中分离获得的一株对多种植物病原菌具有显著拮抗作用的菌株,在菌群传感(quorum sensing)系统的调控下,能分泌吩嗪-1-羧酸(PCA)以及多种吩嗪(phz)类衍生物的抗真菌物质。
全局性因子GacA是M18菌株吩嗪类物质的合成与菌群传感系统的重要调控因子,本文将就GacA对上述两者的调控做进一步研究。
【方法】PCR基因扩增和测序研究M18菌株中PCA合成基因簇,运用RT-PCR及构建phzA-lacZ转录融合手段研究M18菌株中两个phz 基因簇各自的转录特征以及受全局性因子GacA的调控作用,运用翻译融合手段进一步研究M18菌株中GacA 对菌群传感系统的调控作用。
【结果】M18菌株的染色体中存在着两个PCA合成基因簇phzA1-G1和phzA2-G2,与铜绿假单胞菌株(P.aeruginosa)PAO1的一致性达99%。
但是,M18菌株phzA2-G2基因簇下游的非编码区与PAO1菌株不同,存在着三段单位长度为144 bp的重复序列;在野生菌株M18中,phzA1-G1的转录水平明显高于phzA2-G2,GacA促进phzA1-G1转录,抑制phzA2-G2转录,区别性地调控两个phz基因簇的转录,GacA在整体上抑制phz基因簇的转录,与PAO1菌株中,GacA对phz的调控方式相反;gacA基因突变对菌群传感系统中lux家族基因中的lasI表达量无显著影响,但正调控las系统下游的rhlI表达量,GacA对phz 基因簇表达的调控部分通过菌群传感系统实现。
【结论】在M18菌株和PAO1菌株中,GacA对吩嗪类产物合成的调控方式相反,对菌群传感系统的调控也存在着差异性,这些差异可能是两个菌株在各自不同生境1摘要假单胞菌株M18(Pseudomonas sp.M18)是从上海郊区甜瓜根际分离筛选到的一株具有生物防治功能的假单胞菌新种,其生防作用部分归功于其分泌的包括藤黄绿脓菌素(pyoluteorin,Plt)和吩嗪-1-羧酸(phenazine-1-carboxylic acid,PCA)在内的多个抗生物质。
华蟾素调控PI3K
项目(编号:皖中 医 药 发 展 秘 〔2022〕70号 );安 徽 省 第 十 三批“115”产业创新团队 作者单位:1安徽医科大学中西医结合临床医学系,合肥 230032 2安徽医科大学第一附 属 医 院 中 西 医 结 合 肿 瘤 科,合 肥 230022 作者简介:舒美玲,女,硕士研究生; 张 梅,女,副教授,主任医师,博士生导师,责任作者,E mail:zm13856990019@163.com
1 材料与方法
1.1 实验材料 人卵巢癌细胞株 A2780和人卵巢 癌细胞株顺铂耐药株 A2780/DDP购自中国科学院 上海细胞 生 物 所;顺 铂 注 射 液 (货 号:H2001074)购 自江苏豪森药业集团有限公司;CBG注射液(货号: 国药准字 Z34020273)由安徽华润金蟾药业股份有 限 公 司 提 供;PI3K/AKTIN2 抑 制 剂 (货 号: 2684412415)购自美国 MCE公司;RIPA1640培养 基 (货 号:C11875500BT)和 胎 牛 血 清 (货 号: A5670701)购自美国 Gibco公司;ABW 基质胶 (货 号:0827045)购自上海诺娃医药科技有限公司;EdU 试剂 盒 (货 号:C0071S)和 Hoechst试 剂 盒 (货 号: C0003)均购自碧云天生物技术有限公司;磷酸肌醇
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安徽医科大学学报 ActaUniversitatisMedicinalisAnhui 2024Apr;59(4)
3激酶(phosphatidylinositide3kinase,PI3K)(货号: R27768)、丝氨酸 /苏氨酸激酶 (AKT)又名蛋白激 酶 B(proteinkinaseB,PKB)(货号:R23412)、E钙 黏蛋 白 (货 号:340341)、 N 钙 黏 蛋 白 (货 号: 380671)抗 体 购 自 成 都 正 能 生 物 技 术 责 任 有 限 公 司;逆转录试剂盒 (货号:Q11102)和 RTqPCR试 剂盒(货 号:R22201)购 自 南 京 诺 唯 赞 生 物 科 技 股 份有限公司。 1.2 方法 1.2.1 人卵巢癌细胞株的培养 A2780和 A2780/ DDP细胞贴壁培养于含 10%胎牛血清、1%青 -链 霉素和 01%支原体清除剂的 RIPA1640培养基中, 置于含 5% CO2的 37℃恒温培养箱中。细胞密度 达 80%时进行传代。此外,A2780/DDP细胞在传代 贴壁后另给予 1μg/ml顺铂以维持耐药性。 1.2.2 CCK8法检测细胞增殖能力 分别取对数 生长期 A2780和 A2780/DDP细胞,按照 8×103个 / 孔的密度接种于 96孔板,细胞贴壁后按实验设计分 别给药:DDP(25、5、10、20、40、80、100、160μmol/ L),CBG(200、100、50、25、125、625、3125mg/ml) 于 24、36、48h后每孔加入 CCK8溶液 10μl,避光 孵育 15h后读取 562nm处光密度(opticaldensity, OD)值。计算 DDP对 A2780和 A2780/DDP细胞或 CBG对 A2780/DDP细胞 的 半 数 抑 制 浓 度 (median inhibitoryconcetration,IC50),并 计 算 出 A2780/DDP 的耐 药 指 数 (resistanceindex,RI)=IC50(A2780/ DDP)/IC50(A2780)。 CBG(0、2、4、6mg/ml)处 理 24h后再加入梯度浓度 DDP(25、5、10、20、40、80、 100、160μmol/L),24h后加入 CCK8溶液 10μl, 避光孵育 15h后读取 562nm处 OD值,计算 CBG 的逆转指 数 (reversalfold,RF)=IC50(0mg/ml)/ IC50(2、4、6mg/ml)CBG[5]。实验独立重复 3次,设 3个复孔。 1.2.3 实验分组 根据 CBG的 IC50值和逆转耐药 指数设计实验分组:对照组(125μmol/LDDP)、低 剂量组(125μmol/LDDP+2mg/mlCBG)、中剂量 组(125μmol/LDDP+4mg/mlCBG)、高剂量 组 (125μmol/L DDP+6 mg/mlCBG)、抑 制 剂 组 (125 μmol/L DDP+6 mg/mlCBG +6 μmol/L PI3K/AKT抑制剂)。 1.2.4 平板克隆实验评估细胞的克隆增殖能力 将 A2780/DDP细胞按 500个 /孔的密度接种于 6孔 板中,待细 胞 贴 壁 生 长 后 按 分 组 更 换 含 药 培 养 基。 持续培养 2周,期间每隔 4d换液。培养结束后,弃
影响T_DNA转移的寄主植物细胞因子
植物生理学通讯 第40卷 第4期,2004年8月521影响T-DNA转移的寄主植物细胞因子赵文锋 杨清* 陈敏南京农业大学生命科学学院,作物遗传与种质创新国家重点实验室,南京 210095Host Cell Factors Influencing the Transfer of T-DNA to PlantZHAO Wen-Feng, YANG Qing *, CHEN MinNational Key Laboratory of Crop Genetics and Germplasm Enhancement, College of Life Sciences, Nanjing Agricultural University,Nanjing 210095提要 在农杆菌介导的植物遗传转化过程中,寄主细胞因子参与农杆菌细胞与寄主细胞的识别与附着、毒性基因的表达以及T-DNA的跨膜运输和整合等过程。
文章就这几方面的研究进展进行了综述。
关键词 植物遗传转化;寄主细胞因子; T-DNA收稿2003-12-24修定 2004-05-20资助 南京农业大学作物遗传与种质创新国家重点实验室研究基金。
*通讯作者(E-mail:qyang19@njau.edu.cn, Tel: 025-84395221)。
在目前不同的植物基因转化方法中,农杆菌介导的转化方法具有简单易行、无需昂贵设备、费用低、转化频率较高且拷贝数少等优点而被广泛地使用,特别是在双子叶植物上,获得了很大的成功。
根癌农杆菌(Agrobacterium tumefaciens)及相关的种,如发根农杆菌(A. rhizogenes)、农杆葡萄瘤菌(A. vitis)等是迄今为止发现的唯一能将自身遗传物质转移,并稳定整合到寄主细胞染色体的一类植物病原菌,T-DNA在这一转移整合过程中起关键性作用。
由于T-DNA与寄主细胞染色体可以非同源重组,所以将T-DNA整合到寄主细胞,即可改变寄主细胞的遗传基础,改变寄主的性状。
染色质重塑复合体ATP酶CHR16在拟南芥响应干旱胁迫中的作用
染色质重塑复合体ATP酶CHR16在拟南芥响应干旱胁迫中的作用中文摘要染色质重塑通过形成一系列重塑复合体对染色质修饰进行精确调控,影响各类转录调节因子与染色质结合的难易程度,进而使细胞感受各种信号和环境剌激,并在调控基因时空特异性表达和沉默方面发挥重要作用,形成了一系列分子开关。
SNF2类染色质重塑复合体A TP酶在调控植物生长发育和对逆境的响应中扮演极其重要的角色。
CHR16是SNF2家族中的成员,目前关于CHR16的生物学功能鲜有报道。
本课题组在前期工作中发现拟南芥CHR16基因通过调控CLV3,WUS,STM,PLT2,SCR,CYCB,QC46和QC184等基因的表达,在SAM 和RAM的形成及干细胞身份维持方面发挥重要的作用。
为了探究CHR16的其它生物学功能,我们以拟南芥野生型Col-0、CHR16 T-DNA插入突变体chr16-1、chr16-2、chr16-3和chr16-4突变体为实验材料,通过表型分析、组织化学染色、酵母双杂交、qPCR、生理以及转录组等方法,对CHR16的生物学功能做了进一步研究,主要研究结果如下:1、通过表型分析、三引物法纯杂合鉴定以及RT-PCR,我们发现chr16-1、chr16-2、chr16-3和chr16-4突变体皆为单基因隐形突变,纯合突变体为完全缺失突变;与野生型相比,纯合突变体出现短根、子叶较小的表型,能完成生活史,但抽薹时间较晚,可以开花但是不育;2、通过构建pCHR16-GUS转基因株系,我们对CHR16在拟南芥中的组织定位进行了研究。
GUS染色结果表明,在拟南芥的种皮、子叶、真叶、下胚轴、长角果、莲座叶、花器官以及花药中都有很强的GUS信号,这说明CHR16在植物中的表达相当广谱;3、通过酵母双杂交方法筛选了拟南芥酵母文库,初步得到了14个与CHR16N可能有相互作用的候选底物,通过比对发现RD2、DI19和PP2C62都参与干旱胁迫响应。
TET1介导的基因结构域的转录调控网络及分子机制
TET1介导的基因结构域的转录调控网络及分子机制摘要:十一转录酶TET1是一种非常重要的基因调控因子,可以通过多种方式调控基因表达,包括DNA甲基化、染色质组装等。
TET1被广泛地研究,其活性和调控方式越来越被深入了解。
本文旨在综述TET1介导的基因结构域的转录调控网络及分子机制。
首先介绍TET1在基因转录控制中的作用及其生物学功能,然后详细描述TET1介导的基因结构域调控网络。
随后,我们阐述了TET1介导的转录调控机制的分子细节,如epigenomics修饰、转录因子的调控、RNA的介导等。
最后,我们总结了当前对TET1介导的基因结构域调控网络及分子机制的了解,指出了未来需要解决的问题。
关键词:TET1、转录调控、epigenomics、转录因子、RNA正文:引言转录因子是一种重要的基因调控因子,其在基因表达中扮演着连锁反应的关键角色。
十一转录酶TET1是一种与DNA甲基化和基因转录控制密切相关的转录因子,其通过立体嵌合和DNA靶向特异性结合来调控基因表达。
TET1是一种非常重要的基因调控因子,其活性和调控方式在生命科学领域中投放越来越高的期望,值得深入探究。
本文旨在综述TET1介导的基因结构域的转录调控网络及分子机制,提供对TET1基因调控机制的深入了解,促进对其在医学工程领域的应用。
TET1的基本特征TET1是TET家族的成员之一,TET家族包含TET1、TET2和TET3三种十一转录酶。
TET1基因长度为4632bp,位于人类染色体10q21.3。
TET1基因编码一个直径约为214kDa的蛋白质,分为N端和C端两个区域。
N端为基因结构域,包括具有转录调控功能的CXXC结构域和具有DNA催化活性的TDG结构域;C端为催化域,主要由7个Cys-His-Asp 盒组成,能够保持整个蛋白的稳定性和酶催化活性。
TET1在基因转录控制中的作用及其生物学功能TET1在基因转录控制中扮演着重要的角色。
它可以通过DNA甲基化、染色质组装等多种方式调控基因表达。
DNA甲基化调控植物组织培养过程的分子机制研究进展
第47卷㊀第6期2023年11月南京林业大学学报(自然科学版)JournalofNanjingForestryUniversity(NaturalSciencesEdition)Vol.47,No.6Nov.,2023㊀收稿日期Received:2023⁃02⁃18㊀㊀㊀㊀修回日期Accepted:2023⁃06⁃21㊀基金项目:国家自然科学基金项目(32171826);江苏省自然科学基金项目(BK20220411)㊂㊀第一作者:国颖(yingguo@njfu.edu.cn),讲师,负责论文撰写与修改;杨港归(ygg@njfu.edu.cn),负责文献收集与整理㊂∗通信作者:薛良交(lxue@njfu.edu.cn),教授㊂㊀引文格式:国颖,杨港归,吴雨涵,等.DNA甲基化调控植物组织培养过程的分子机制研究进展[J].南京林业大学学报(自然科学版),2023,47(6):1-8.GUOY,YANGGG,WUYH,etal.RecentadvancesinmolecularregulatorymechanismsofDNAmethy⁃lationinplanttissueculture[J].JournalofNanjingForestryUniversity(NaturalSciencesEdition),2023,47(6):1-8.DOI:10.12302/j.issn.1000-2006.202302020.DNA甲基化调控植物组织培养过程的分子机制研究进展国㊀颖,杨港归,吴雨涵,何㊀杰,何玉洁,廖浩然,薛良交∗(林木遗传育种全国重点实验室,南方现代林业协同创新中心,江苏省杨树种质创新与品种改良重点实验室,南京林业大学林草学院,江苏㊀南京㊀210037)摘要:植物细胞具有全能性,创伤和外源激素能够诱导已分化细胞的重编程来再生新的植株,发展的植物组织培养技术已广泛应用于植物快速繁殖㊁种质保存和性状改良等多个方面㊂然而,对植物组织培养过程中细胞如何保持分化状态和发育可塑性的分子调控机制仍知之甚少,尤其是在表观遗传学水平上㊂DNA甲基化是一种进化上保守的表观遗传修饰,能够复杂地协调植物细胞全能性建立和影响其命运转变㊂在此,以组织培养过程中的愈伤组织形成㊁体细胞胚发生为切入点,总结了DNA甲基化参与植物再生过程的最新进展㊂首先,分析了不同植物再生过程中全基因组DNA甲基化变化模式,认为外植体类型和再生阶段均会对DNA甲基化水平产生影响;其次,重点研究了甲基化转移酶(MET1)等在植物再生过程中的作用,以及DNA甲基化调控再生基因表达的分子机制,包括BBM(babyboom),WOX(wuschel⁃relatedhomeobox),WIN(woundinduceddedifferentiation)等基因,最后,讨论了DNA甲基化在植物再生领域的未来研究方向,指出组织培养与基因工程的结合将为农作物和经济㊁用材林木的高效繁殖和精准培育提供机遇㊂关键词:植物组织培养;DNA甲基化;愈伤组织;体细胞胚胎发生中图分类号:Q943;S722㊀㊀㊀㊀㊀文献标志码:A开放科学(资源服务)标识码(OSID):文章编号:1000-2006(2023)06-0001-08RecentadvancesinmolecularregulatorymechanismsofDNAmethylationinplanttissuecultureGUOYing,YANGGanggui,WUYuhan,HEJie,HEYujie,LIAOHaoran,XUELiangjiao∗(StateKeyLaboratoryofTreeGeneticsandBreeding,Co⁃InnovationCenterforSustainableForestryinSouthernChina,JiangsuKeyLaboratoryforPoplarGermplasmEnhancementandVarietyImprovement,CollegeofForestryandGrassland,NanjingForestryUniversity,Nanjing210037,China)Abstract:Exertingremarkablecelltotipotence,plantsareabletoregeneratetissues/organsandevenindividualsfromdifferentiatedcellsactivatedbywoundstressand/orhormonalcues.Basedonthetheoryofplantcelltotipotency,techniquesofplanttissueculturehavebeenwidelyusedinrapidpropagation,germplasmconservation,andplantbreedingasatypeofconservedepigeneticmodification.However,theunderstandingofhowplantcellsretainbothdifferentiatedstatusanddevelopmentalplasticityisstillobscure,especiallyattheepigeneticlevel.DNAmethylationisanevolutionarilyconservedepigeneticmodificationthatcanintricatelycoordinatecellfatetransitionandpluripotencyestablishmentduringtheplantregenerateprocess.Inthework,therecentprogressintheregulationofplantregenerationthroughDNAmethylationwassummarized,startingfromtheformationofcallusandsomaticembryogenesisduringtissueculture.Firstly,thechangepatternsofDNAmethylationindifferentplantregenerationprocesseswereanalyzed,showingthatbothexplantstypeandregenerationphasehadaneffectonDNAmethylationlevels.TheroleofsomeDNA南京林业大学学报(自然科学版)第47卷methyltransferaseinplantregenerationwasstudied,suchasDNAMethyltransferase1(MET1),whosedeletioncanleadtoincreasedWUSexpressionandpromoteshootregeneration.RNA⁃directedDNAmethylation(RdDM)isthemainmolecularpathwayresponsiblefordenovoDNAmethylationinallcontextsandisbelievedtoplayanimportantroleinplantregeneration.Meanwhile,weanalyzedthemolecularregulatorymechanismsofDNAmethylationontheexpressionofregenerativegenes,suchasBBM(babyboom),WOX(wuschel⁃relatedhomeobox),WIN(woundinduceddedifferentiation),etc.Finally,wediscussedthefutureresearchdirectionsofDNAmethylationinthefieldofplantregeneration.Thecombinationoftissuecultureandgeneticengineeringwillprovideopportunitiesforefficientreproductionandprecisecultivationofagriculturalandforestrycrops.Further,theregeneration⁃relatedgenesreportedinthisstudywillprovidecandidatesforplantregenerationresearchofgeneticandmolecularmechanisms.Keywords:planttissueculture;DNAmethylation;callus;somaticembryogenesis㊀㊀植物组织㊁甚至单个植物细胞都具有强大的脱分化和再分化能力,可以将细胞从分化状态恢复为多能性状态;然后,通过创伤或外源激素诱导重新进入细胞周期,并增殖以建立的芽或根顶端分生组织,最终形成新的器官或植株[1]㊂基于这种全能性,植物组织培养技术已在快繁与工厂化育苗㊁细胞培养生产次生代谢产物及基因工程育种等方面得到广泛应用,并在基础生物学㊁农业㊁园艺和林业等领域展现出可观的应用前景[2]㊂然而,对植物细胞如何保持分化状态和发育可塑性的分子调控机制仍知之甚少㊂在植物细胞命运重塑过程中,表观遗传修饰的动态变化影响着植株的再生能力㊂DNA甲基化是一种重要的㊁进化上保守的表观遗传学标记,调控植物的许多生物学过程㊂研究表明DNA甲基化通过多种途径调控再生基因的表达,进而在植物组织培养过程中发挥重要作用[3]㊂笔者综述了DNA甲基化在植物组织培养过程中的调控作用和分子机制,并对通过调节DNA甲基化提高植株再生效率的策略进行展望㊂1㊀DNA甲基化与愈伤组织的诱导形成1.1㊀外植体类型对愈伤组织DNA甲基化的影响DNA甲基化(DNAmethylation)通常指在DNA甲基转移酶的催化下,通过共价键结合的方式,获得S⁃腺苷甲硫氨酸上甲基基团的过程[4]㊂DNA甲基化主要包括3种类型,即5⁃甲基胞嘧啶(5⁃mC)㊁6⁃甲基腺嘌呤(6⁃mA)及7⁃甲基鸟嘌呤(7⁃mG),其中5⁃mC占主要类型㊂在全基因组背景下,胞嘧啶序列有3种存在形式:CG㊁CHG(对称型)和CHH(非对称型,H为A㊁T或C)㊂植物胞嘧啶甲基化可以发生在所有的胞嘧啶序列中[5],是介导基因转录沉默的一种稳定机制,调控愈伤组织发生和形态建成[6]㊂植物愈伤组织是指在组织培养过程中将外植体脱分化所形成的未分化致密细胞结构[7]㊂在离体培养下,植物细胞会发生大规模的全基因组染色质重塑,从而导致植物DNA序列变异和DNA甲基化水平改变[8]㊂各种类型外植体产生的愈伤组织(如叶片愈伤组织㊁茎段愈伤组织等)与相应外植体的DNA甲基化图谱存在差异㊂对草莓(Fragariavesca)[9]㊁蓝莓(Vacciniumstenophyllum)[10]和烟草(Nicotianatabacum)[11]叶片组织和叶片愈伤组织的比较研究发现,叶片愈伤组织在全基因组上具有更高的DNA甲基化水平㊂然而,由毛果杨(Populustrichocarpa)[12]茎段形成的愈伤组织与其外植体茎段组织和再生植株相比,茎段愈伤组织的DNA甲基化水平最低㊂根据愈伤组织再生能力的不同可将其分为胚性和非胚性愈伤组织[13]㊂Karim等[14]对凹唇姜(Boesenbergiaro⁃tunda)研究发现,再生能力更强的胚性愈伤组织的DNA甲基化水平要低于非胚性愈伤组织,以及再生植株和叶片等其他外植体形成的愈伤组织㊂不同类型外植体的生理状况和脱分化能力存在差异,因此诱导愈伤组织过程中也伴随着不同DNA甲基化水平介导的转录调控㊂1.2㊀愈伤组织形成阶段中DNA甲基化水平变化细胞的脱分化过程由遗传和表观遗传机制共同调控,共包括3个阶段:诱导㊁愈伤组织形成和多能性建立,多种植物在脱分化过程中出现全基因组低甲基化[15-16]㊂在水稻(Oryzasativa)愈伤组织形成过程中DNA甲基化水平显著降低,DNA甲基化差异区域主要富集在基因启动子周围的序列上[17]㊂尽管DNA甲基化水平降低是主要趋势,但局部DNA超甲基化对多能细胞状态的形成与维持至关重要㊂对拟南芥(Arabidopsisthaliana)研究发现,编码丝裂原活化蛋白激酶12(MAPK12)㊁谷胱甘肽S⁃转移酶TAU10(GSTU10)和β⁃羟化酶1(BXL1)基因的启动子序列在愈伤组织细胞中发生高度甲基化并抑制基因表达,从而促进全能细胞2㊀第6期国㊀颖,等:DNA甲基化调控植物组织培养过程的分子机制研究进展团的形成㊂MET1和DRM2等DNA甲基转移酶在愈伤组织形成过程中受到广泛的转录控制,这与DNA甲基化水平变化的调控功能相一致[18]㊂愈伤组织的分化程度随着组织培养时间的延长而增加,长期培养的愈伤组织中转座子㊁核糖体DNA和端粒重复序列发生大规模转移和扩增[6],从而导致其DNA甲基化水平不稳定㊂Ma等[19]对木薯(Manihotesculenta)的茎尖分生组织以及腋芽的松散型胚性愈伤组织进行研究,结果表明随着松散型胚性愈伤组织培养时间的延长,DNA甲基化水平从50%降至27%;而Zeng等[20]的研究表明,白桦(Betulaplatyphylla)早期愈伤组织(诱导后20d)的DNA甲基化水平最低(11.92%),随着愈伤组织诱导时间的延长,在40d时DNA甲基化水平升至14.5%㊂a.DNA甲基化在基因体中分布模式及其对愈伤组织形成的影响:褐色圆圈代表高甲基化水平抑制基因表达而导致愈伤组织褐化;绿色圆圈代表低甲基化水平促进基因表达进而促进愈伤组织生长thedistributionpatternofDNAmethylationingenebodiesanditseffectoncallusformation.Browncirclesrepresenthighmethylationlevelsthatinhibitgeneexpressionandleadtocallusbrowning,greencirclesrepresentalowmethylationlevelthatenhancegeneexpressiontopromotecallusgrowth;b.DNA甲基化对转座元件表达影响:蓝色矩形颜色由深至浅表示DNA甲基化水平由高至低的变化;灰色矩形颜色由深至浅表示转座子表达由高至低的变化effectsofDNAmethylationontheexpressionoftransposableelements(TEs).BluerectanglecolorsfromdarktolightindicatechangesinDNAmethylationlevelsofTEfromhightolow,grayrec⁃tanglecolorsfromdarktolightindicatechangesinTEexpressionfromhightolow.图1㊀DNA甲基化动态变化影响愈伤组织生长模式Fig.1㊀DynamicchangesofDNAmethylationaffectcallusgrowthpattern1.3㊀愈伤组织中DNA甲基化在全基因组上的变化模式㊀㊀在全基因组水平上,植物DNA甲基化在不同物种间存在广泛的差异㊂其中,CG序列甲基化是愈伤组织形成过程中主要的DNA甲基化类型㊂例如,在草莓[9]㊁菠萝(Ananascomosus)[21]㊁葡萄(Vitisvinifera)[22]及拟南芥[23]等植物的研究中均发现其愈伤组织中CG甲基化水平最高(不同物种中占比范围为35% 70%),CHG甲基化位于中间水平(20% 45%),而CHH甲基化水平最低(3%20%)㊂对6个菠萝样本的研究表明愈伤组织DNA甲基化在基因区的启动子(上游2kb)㊁转录终止子(下游2kb)㊁外显子以及内含子等区域变化模式不同[21]㊂愈伤组织在启动子位点的DNA甲基化变化随着时间增加会出现上升趋势㊂烟草中的研究表明,愈伤组织培养早期启动子区域的DNA甲基化会出现部分缺失,但在培养阶段后期则发生缓慢的超甲基化[24]㊂对草莓及菠萝的叶片愈伤组织研究发现,全基因组DNA甲基化水平在内含子(20% 25%)和启动子(25% 33%)区域最高,而在外显子(15% 20%)中DNA甲基化水平较低[9,21](图1a)㊂此外,对草莓[9]㊁烟草[11]㊁菠萝[21]及葡萄[22]等研究都表明愈伤组织中DNA甲基化水平在转录起始位点以及转录终止位点附近比在外显子等区域显著降低㊂在CG和CHG序列3南京林业大学学报(自然科学版)第47卷背景下,葡萄的愈伤组织在转座子序列的甲基化率要高于叶片组织的甲基化率,然而在CHH序列背景下愈伤组织的甲基化率则低于叶片组织[22]㊂拟南芥的愈伤组织和叶片组织之间也具有相似的甲基化变化趋势[23]㊂当大部分植物中的转座子区域具有整体较高水平的DNA甲基化时,会导致转座子沉默的出现[25],转座子区域的甲基化水平在愈伤组织形成过程中相对稳定(图1b)㊂2㊀DNA甲基化与体细胞胚胎发生2.1㊀DNA甲基化参与体胚发生相关基因的表达调控㊀㊀体细胞胚胎发生(somaticembryogenesis,SE)是指体细胞或营养细胞在特定诱导条件下再生为胚胎进而具有发育成为独立植株的能力㊂体细胞可以通过直接途径或历经愈伤组织的间接途径形成体细胞胚,其发生过程涵盖复杂的转录调控机制,其中表观遗传修饰也是影响体胚发生的重要调控方式㊂研究表明,DNA甲基化能够引起特定参与细胞分化基因的沉默,从而在体胚发生中发挥作用㊂在对板栗(Castaneamollissima)的研究中发现,MADS⁃box转录因子家族基因CmAGL11在球状胚胎中特异性积累,与愈伤组织相比,球状体细胞胚胎中CmAGL11启动子处的甲基化水平显著降低㊂CmAGL11启动子甲基化比率的降低促进了该基因的表达,进而将加快体细胞胚的发育速度[26]㊂菠萝体细胞胚诱导研究指出,经甲基化抑制剂处理5d后,体胚发生相关类受体蛋白激酶基因AcSERK1在非胚性愈伤组织中的表达量显著提高,从而有效提高菠萝体细胞胚的发生能力[27]㊂此外,研究发现在拟南芥中超表达一些体胚发生的关键基因,如LEC(leafycotyledon)㊁BBM(babyboom)㊁WUS(wuschel)等,可以在不添加激素的情况下提高体胚胎发生诱导效率,而DNA甲基化通过影响这些基因的表达进而在一定程度上调控体细胞胚胎的发生[28]㊂2.2㊀体细胞胚胎发生过程中DNA甲基化水平的变化㊀㊀体胚发生需要经过脱分化㊁细胞分裂㊁再分化等多个步骤,在不同发育阶段DNA甲基化水平也发生变化㊂油棕(Elaeisguineensis)离体培养前的叶片外植体细胞的细胞核表现出较强的DNA甲基化水平,研究发现随着在高浓度生长素培养基中培养90d后,叶肉细胞和非反应性维管束细胞中的5⁃mC免疫荧光信号显著降低[29]㊂在龙眼(Dimo⁃carpuslongan)胚性愈伤组织㊁不完全致密的胚前培养物及球状胚中,CG甲基化的全基因组水平远高于CHG和CHH,且在胚性愈伤组织中存在更高水平的DNA甲基化[30]㊂在棉花(Gossypiumhirsu⁃tum)体胚发生去分化过程中也观察到总体mCG水平占比最高,这种趋势在外显子㊁内含子㊁转录起始位点上下游2kb的范围内及其上下游区域都很一致㊂同时棉花早期体胚发生过程中,CG位点的甲基化水平具有基因型特异性,而CHH位点的甲基化水平具有分化阶段特异性[31]㊂在对可可(Theobromacacao)的研究中发现,体细胞胚比合子胚具有更高比例的高甲基化CG位点[32]㊂此外,植物体胚发生过程中还存在DNA甲基化水平早期显著升高后又降低的现象㊂例如,对椰子(Cocosnucifera)体细胞胚胎发生相关研究发现,DNA甲基化水平在培养第3天迅速升高(10.84% 22 99%),随后在第15天下降至11.69%,在培养第120天后增加至39.63%[33];对龙眼的研究表明,胚性愈伤组织㊁不完全致密的胚前培养物和球状胚的5⁃mC含量分别为24.59%㊁19.65%和19.74%,表明从胚性愈伤组织到不完全致密的胚前培养物的DNA甲基化在全基因组范围内先呈下降,之后略有上升的趋势[31]㊂2.3㊀DNA甲基化调节剂对体胚发生的影响㊀㊀DNA甲基化修饰是可逆的,当DNA复制过程中甲基转移酶活性偏低时,合成新链中甲基化的胞嘧啶位点未发生甲基化从而造成DNA被动去甲基化;基因组上的5⁃mC受ROS1(repressorofsilencing1)/DME(demeter)家族蛋白剪切,并由DNA修复系统介导的胞嘧啶修复完成DNA主动去甲基化[34]㊂DNA去甲基化可以将基因从沉默状态激活,已有证据表明DNA甲基化抑制剂在调控植物体胚发生过程中具有较高的应用潜力㊂5⁃氮杂胞苷(5⁃azaC)作为一种常见的DNA甲基化抑制剂,能够在代谢过程中与DNA甲基转移酶结合以降低酶的活性,进而阻碍DNA甲基化进程并调控体胚发生相关基因的表达㊂在龙眼体胚发生研究中发现,5⁃azaC的外源施加降低了胚性愈伤组织的DNA甲基化水平并促进了球状胚的形成㊂与未经5⁃azaC处理的龙眼比较发现,处理后的龙眼有关体胚发生的基因表达明显上调,结果表明5⁃azaC处理对龙眼早期体胚发生具有促进作用[35]㊂而在蒺藜苜蓿(Medicagotruncatula)的研究中发现,5⁃azaC处理诱导的去甲基化终止了胚性细胞系产生4㊀第6期国㊀颖,等:DNA甲基化调控植物组织培养过程的分子机制研究进展体胚的能力[36]㊂除DNA甲基化抑制剂之外,生长素处理拟南芥能够在一定程度上调节编码ROS1㊁DML2(dementer⁃likeprotein2)等去甲基化酶的基因[37-38]㊂此外,研究发现低温诱导[39]㊁高温诱导㊁辐射[40],以及铜㊁银离子处理[41]等都会降低DNA甲基化水平从而提高植物体胚发生的能力㊂3㊀DNA甲基化调控植物再生的分子机制3.1㊀DNA甲基化调控植物再生关键基因的表达组织培养过程中,器官发生主要受WUS㊁LEC㊁WOX(wuschel⁃relatedhomeobox)及WIN(wound⁃in⁃duced)等基因的调控[42-44],研究发现这些基因的表达受到DNA甲基化特异性调控(表1)㊂表1㊀植物组织培养发育过程中DNA甲基化对植物再生关键基因影响Table1㊀EffectsofDNAmethylationonkeygenesofplantregenerationduringplanttissuecultureanddevelopment序号No.基因名称genesymbol功能function物种species1ARR3(arabidopsisresponseregulator3)参与细胞分裂素调节;5⁃azaC处理后基因表达上调,发生低甲基化促进桃叶片愈伤组织诱导桃Prunuspersica[45]2BBM(babyboom)影响体细胞胚胎发生;表达量升高,甲基化水平降低促进胚胎发生(胚性愈伤组织中高表达)凹唇姜Boesenbergiarotunda[14]3CRY1(cryptochrome1)调节细胞分裂素信号,促进芽再生器官的新生拟南芥Arabidopsisthaliana[46]4CCD1(carotenoidcleavagedioxygenases1)降解类胡萝卜素;5⁃azaC处理导致全基因组去甲基化,类胡萝卜素含量降低柑橘Citrusparadisi[47]5CMT2/CMT3(chromomethylase2/chromomethylase3)参与mCHG维持;5⁃azaC处理抑制了叶外植体愈伤组织的形成和不定芽再生草莓Fragariavesca[9]6CMT3(chromomethylase3)维持DNA甲基化;5⁃azaC处理后基因表达显著下调,DNA甲基化降低促进桃叶片愈伤组织诱导桃P.persica[45]维持DNA甲基化;表达量升高DNA甲基化水平降低,促进体细胞胚胎的发生和再生凹唇姜B.rotunda[48]7DRM2(domainsrearrangedmethyltransferase)维持CHH甲基化毛果杨Populustrichocarpa[49]表达量升高DNA甲基化水平降低,促进体细胞胚胎的发生和再生凹唇姜B.rotunda[48]8维持CG甲基化;低甲基化,met1⁃3突变体芽再生能力更高拟南芥A.thaliana[46]MET1(methyltransferase1)维持DNA甲基化;表达量升高DNA甲基化水平降低,促进体细胞胚胎的发生和再生凹唇姜B.rotunda[48]维持DNA甲基化;幼苗和嫩叶中偏好表达柑橘C.paradisi[47]9ROS1(repressorofsilencing1)DNA甲基化水平降低,促进球状胚形成龙眼Dimocarpuslongan[30]10SERK(somaticembryogenesisreceptor⁃likekinase)影响体细胞胚胎发生;表达量升高,甲基化水平降低促进胚胎发生(胚性愈伤组织中高表达)凹唇姜B.rotunda[14]11WIN(wound⁃induced)诱导细胞去分化和增殖;发生去甲基化,基因表达上调促进愈伤组织形成草莓F.nilgerrensis[50]12WOX(wuschel⁃relatedhomeobox)参与顶端分生组织发生;发生去甲基化,基因表达上调促进愈伤组织形成草莓F.nilgerrensis[50]13WUS(wuschel⁃relatedhomeobox)调控植物再生;低甲基化激活了生长素和WUS相关基因表达,提高植物再生能力棉花Gossypiumhirsutum[51]影响体细胞胚胎发生;表达量升高,甲基化水平降低促进胚胎发生(分生组织中表达最高,其次是胚性愈伤)凹唇姜B.rotunda[14]㊀㊀Shemer等[42]对拟南芥根外植体再生能力的研究发现,在野生型拟南芥中WUS启动子的两个CHG位点高度甲基化;而在甲基转移酶基因cmt3的突变体中,CHG甲基化的减少促进了WUS在芽诱导培养基下的表达,这些启动子区域的甲基化变化对WUS基因转录具有关键调节作用[52]㊂Li5南京林业大学学报(自然科学版)第47卷等[53]认为,在拟南芥从头芽再生的过程中,WUS基因在甲基转移酶功能缺失突变体(met1)中发生去甲基化,导致WUS基因表达上调㊂值得注意的是,DNA甲基化对WUS基因的表达调控是发生在芽诱导的早期阶段,同时MET1介导的芽再生受细胞分裂素诱导的细胞周期所调节[54]㊂Gao等[50]研究发现,黄毛草莓(Fragarianilgerrensis)愈伤组织的诱导过程中有大量基因DNA甲基化水平出现改变,如与伤口反应相关基因WIN㊁顶端分生组织相关基因WOX㊁体细胞胚胎形成相关基因AGL(agamous⁃like)㊁细胞周期相关基因CDK(cyclin⁃dependentkinase)和CKX(cytokinindehydrogenase/oxidase)均发生了去甲基化,表明这些基因的上调表达对愈伤组织的形成至关重要㊂而在黄毛草莓不定芽诱导阶段,愈伤组织阶段发生去甲基化的基因又重新获得甲基化,如LEC2㊁与细胞周期进程相关的CKX㊁生长素活化酶基因ILR1(IAA⁃aminoacidhydrolaseILR1⁃like4)和LEA(lateembryogenesisabundant)等基因,表明这些基因的甲基化修饰对于芽的形成至关重要㊂3.2㊀DNA甲基转移酶在植物再生中的作用植物DNA甲基化维持由胞嘧啶序列环境和DNA甲基化调控酶活性共同决定㊂DNA甲基化调控酶主要包括甲基转移酶(MET1)㊁染色质域甲基转移酶(chromomethylase,CMT)㊁结构域重排甲基转移酶(domainsrearrangedmethyltransferase,DRM)和DNMT3(DNAmethyltransferase3)4个家族[55]㊂MET1主要维持CG位点的甲基化,CMT3和CMT2主要负责CHG背景下的DNA甲基化,CHH环境中的甲基化由CMT2或DRM2通过RNA介导的DNA甲基化(RNA⁃directedDNAmethylation,RdDM)途径维持[8]㊂拟南芥中,MET1依赖的CG甲基化与植株再生有关,与野生型相比,met1⁃3突变体表现出更高的芽再生能力[46]㊂DNA甲基转移酶基因在华东黄杉(Pseudotsugagaussenii)体胚发生的不同阶段表达量发生变化,例如CMT㊁MET1⁃1和MET1⁃3的表达量下降,MET1⁃2的基因表达量大幅增加,而DRM1和DRM2的表达无明显变化[56]㊂凹唇姜离体培养过程中,MET1㊁CMT3和DRM2的甲基化水平降低与基因表达水平升高促进了体胚发生和再生[48]㊂而对龙眼早期体细胞胚胎发生的研究发现,DNA甲基化水平的降低受DNA甲基转移酶基因和DNA去甲基化酶基因ROS1的调控[30]㊂对更多植物再生体系进行研究,将有助于理解不同DNA甲基化调控酶在再生过程中的调节作用㊂3.3㊀RNA介导的DNA甲基化对植物再生的影响RNA介导的DNA甲基化(RdDM)是重要的基因调控机制,主要通过双链小RNA(dsRNA)介导相近序列的从头甲基化发挥作用[57]㊂在植物中,RdDM参与各种生物学过程,如生物和非生物胁迫反应㊁抑制转座子活性以及再生过程中甲基化模式的形成[7]㊂在棉花(Gossypiumhirsutum)体胚发生过程中,RdDM通路介导非CG甲基化,并防止基因转录从而影响再生相关基因的表达[56]㊂而在大豆胚性细胞培养中,RdDM途径是全基因组CHH高甲基化的关键驱动因素㊂连续多年的组织培养使DNA甲基化减少,导致细胞胚性丧失,从而影响大豆的再生能力[58]㊂值得注意的是,高活性RdDM的缺失可以解释CHH甲基化的减少,但不会导致CG和CHG甲基化的丢失㊂4㊀展㊀望近年来,DNA甲基化在植物组织培养中的研究主要集中在模式植物拟南芥㊁农作物(水稻㊁玉米等)和一些园艺植物中,而在林木中的研究相对滞后㊂通常木本植物具有生长缓慢㊁寿命长㊁自交不亲和及高度杂合的特性,其快速再生受到限制,尤其是在气候变化的背景下[59]㊂过度分泌酚类物质㊁玻璃化㊁芽端坏死㊁生根困难是林木组织培养过程中常见的限制因素[60],阻碍了经济树种的规模化繁殖与遗传改良㊂在木本植物细胞中,再生相关基因的表达同样受到表观遗传学机制的严格调控㊂因此,揭示林木细胞的脱分化和再分化过程的DNA甲基化调控机制是提升组培繁殖效率的重要路径,有助于建立更有效的林木再生分子工具㊂尽管DNA甲基化调控再生基因表达方面的研究取得了相当大的进展,但二者之间的关联机制还存在争议㊂一般认为,特定基因座的DNA甲基化水平升高可能通过沉默基因阻碍再生,而全基因组低甲基化通过激活转录而增强再生㊂例如,在DNA甲基转移酶的功能缺失突变体met1中,WUS调控区的DNA甲基化缺失,导致该基因表达增加以提高芽再生效率[53]㊂然而,最近研究表明,DNA甲基化也可以与基因转录呈现显著的正相关关系,且DNA甲基化对基因表达的调控既可以是主动的,也可以是被动的[61]㊂识别不同激素环境下以及不同再生阶段的植物细胞中DNA甲基化与基因表达之间复杂的调控关系,将进一步加深对植物再生过程中表观遗传调控作用的理解㊂6㊀第6期国㊀颖,等:DNA甲基化调控植物组织培养过程的分子机制研究进展基于前期研究结果,DNA甲基化在植物组培中的研究可集中在以下4个方面:①加强组织培养过程中DNA甲基化与多组学的关联研究,结合单细胞测序等多维组学技术,精确解析再生调节基因的表观遗传调控机制;②开发多种甲基化抑制剂,通过定向调控甲基化酶活性,以引起组织培养过程中的去甲基化和再生相关基因的再激活;③深入解析生长素和细胞分裂素在细胞重编程过程中对甲基化水平的调控机制,为提高组培再生效率提供潜在的靶点;④应用CRISPR/dCas9靶向去甲基化技术,对再生调节基因的甲基化水平进行设计改造,全面提高植物再生效率,并为提高顽抗树种的再生能力提供技术支撑㊂参考文献(reference):[1]赵翔宇.植物组织培养在林木遗传育种中的应用[J].河南农业,2022(11):51-52.ZHAOXY.Applicationofplanttissuecul⁃tureinforestgeneticbreeding[J].AgricHenan,2022(11):51-52.DOI:10.15904/j.cnki.hnny.2022.11.011.[2]巩振辉,申书兴.植物组织培养[M].3版.北京:化学工业出版社,2022:12-17.GONGZH,SHENSX.Planttissueculture[M].3rded.Beijing:ChemicalIndustryPress,2022:12-17.[3]SIVANESANI,NAYEEMS,VENKIDASAMYB,etal.Geneticandepigeneticmodesoftheregulationofsomaticembryogenesis:areview[J].BiolFutur,2022,73(3):259-277.DOI:10.1007/s42977-022-00126-3.[4]樊龙江.植物基因组学[M].北京:科学出版社,2020:68-69.FANLJ.Plantgenomics[M].Beijing:SciencePress,2020:68-69.[5]HEXJ,CHENTP,ZHUJK.RegulationandfunctionofDNAmethylationinplantsandanimals[J].CellRes,2011,21(3):442-465.DOI:10.1038/cr.2011.23.[6]LEEK,SEOPJ.Dynamicepigeneticchangesduringplantregeneration[J].TrendsPlantSci,2018,23(3):235-247.DOI:10.1016/j.tplants.2017.11.009.[7]ZHANGHM,LANGZB,ZHUJK.DynamicsandfunctionofDNAmethylationinplants[J].NatRevMolCellBiol,2018,19(8):489-506.DOI:10.1038/s41580-018-0016-z.[8]LEEK,PARKOS,SEOPJ.JMJ30⁃mediateddemethylationofH3K9me3drivestissueidentitychangestopromotecallusformationinArabidopsis[J].PlantJ,2018,95(6):961-975.DOI:10.1111/tpj.14002.[9]LIUDC,MUQ,LIXY,etal.ThecallusformationcapacityofstrawberryleafexplantismodulatedbyDNAmethylation[J].HorticRes,2022,9:uhab073.DOI:10.1093/hr/uhab073.[10]GHOSHA,IGAMBERDIEVAU,DEBNATHSC.DetectionofDNAmethylationpatterninthidiazuron⁃inducedblueberrycallususingmethylation⁃sensitiveamplificationpolymorphism[J].BiolPlant,2017,61(3):511-519.DOI:10.1007/s10535-016-0678-3.[11]KRIZOVAK,FOJTOVAM,DEPICKERA,etal.Cellculture⁃in⁃ducedgradualandfrequentepigeneticreprogrammingofinvertedlyrepeatedtobaccotransgeneepialleles[J].PlantPhysiol,2009,149(3):1493-1504.DOI:10.1104/pp.108.133165.[12]VININGK,POMRANINGKR,WILHELMLJ,etal.MethylomereorganizationduringinvitrodedifferentiationandregenerationofPopulustrichocarpa[J].BMCPlantBiol,2013,13:92.DOI:10.1186/1471-2229-13-92.[13]IKEUCHIM,SUGIMOTOK,IWASEA.Plantcallus:mechanismsofinductionandrepression[J].PlantCell,2013,25(9):3159-3173.DOI:10.1105/tpc.113.116053.[14]KARIMR,TANYS,SINGHP,etal.ExpressionandDNAmethy⁃lationofSERK,BBM,LEC2andWUSgenesininvitroculturesofBoesenbergiarotunda(L.)Mansf[J].PhysiolMolBiolPlants,2018,24(5):741-751.DOI:10.1007/s12298-018-0566-8.[15]GAOY,RANL,KONGY,etal.AssessmentofDNAmethylationchangesintissuecultureofBrassicanapus[J].Genetika,2014,50(11):1338-1344.DOI:10.7868/s001667581410004x.[16]ZAKRZEWSKIF,SCHMIDTM,VANLIJSEBETTENSM,etal.DNAmethylationofretrotransposons,DNAtransposonsandgenesinsugarbeet(BetavulgarisL.)[J].PlantJ,2017,90(6):1156-1175.DOI:10.1111/tpj.13526.[17]STROUDH,DINGB,SIMONSA,etal.Plantsregeneratedfromtissueculturecontainstableepigenomechangesinrice[J].eLife,2013,2:e00354.DOI:10.7554/eLife.00354.[18]SMITHJ,SENS,WEEKSRJ,etal.PromoterDNAhypermethyla⁃tionandparadoxicalgeneactivation[J].TrendsCancer,2020,6(5):392-406.DOI:10.1016/j.trecan.2020.02.007.[19]MAQX,ZHOUWZ,ZHANGP.Transitionfromsomaticembryotofriableembryogeniccallusincassava:dynamicchangesincel⁃lularstructure,physiologicalstatus,andgeneexpressionprofiles[J].FrontPlantSci,2015,6:824.DOI:10.3389/fpls.2015.00824.[20]ZENGFS,SUNFK,LIANGNS,etal.DynamicchangeofDNAmethylationandcellredoxstateatdifferentmicropropagationpha⁃sesinbirch[J].Trees,2015,29(3):917-930.DOI:10.1007/s00468-015-1174-7.[21]LINWQ,XIAOXO,ZHANGHN,etal.Whole⁃genomebisulfitesequencingrevealsaroleforDNAmethylationinvariantsfromcalluscultureofpineapple(AnanascomosusL.)[J].Genes,2019,10(11):877.DOI:10.3390/genes10110877.[22]LIZAMORED,BICKNELLR,WINEFIELDC.Elevatedtranscrip⁃tionoftransposableelementsisaccompaniedbyhet⁃siRNA⁃drivendenovoDNAmethylationingrapevineembryogeniccallus[J].BMCGenomics,2021,22(1):676.DOI:10.1186/s12864-021-07973-9.[23]SHIMS,LEEHG,PARKOS,etal.DynamicchangesinDNAmethylationoccurinTEregionsandaffectcellproliferationduringleaf⁃to⁃callustransitioninArabidopsis[J].Epigenetics,2022,17(1):41-58.DOI:10.1080/15592294.2021.1872927.[24]ALISHAIKHA,CHACHARS,CHACHARM,etal.Recentad⁃vancesinDNAmethylationandtheirpotentialbreedingapplica⁃tionsinplants[J].Horticulturae,2022,8(7):562.DOI:10.3390/horticulturae8070562.[25]BARTELSA,HANQ,NAIRP,etal.DynamicDNAmethylationinplantgrowthanddevelopment[J].IntJMolSci,2018,19(7):2144.DOI:10.3390/ijms19072144.[26]GAOYR,SUNJC,SUNZL,etal.TheMADS⁃boxtranscriptionfactorCmAGL11modulatessomaticembryogenesisinChinesechestnut(CastaneamollissimaBlume)[J].JIntegrAgric,2020,19(4):1033-1043.DOI:10.1016/S2095-3119(20)63157-4.[27]LUANAP,CHENCJ,XIET,etal.MethylationanalysisofCpGislandsinpineappleSERK1promoter[J].Genes,2020,11(4):425.DOI:10.3390/genes11040425.[28]SALAÜNC,LEPINIECL,DUBREUCQB.Geneticandmolecularcontrolofsomaticembryogenesis[J].Plants,2021,10(7):1467.DOI:10.3390/plants10071467.[29]DEARAÚJOSIM,GOMESACMM,SCHERWINSKI⁃PEREIRAJE.Cellularresponsesofoilpalmgenotypesduringso⁃maticembryogenesisinvolveparticipationofprocambialcells,DNAdemethylation,andauxinaccumulation[J].PlantCellRep,2022,41(9):1875-1893.DOI:10.1007/s00299-022-02898-3.[30]CHENXH,XUXP,SHENX,etal.Genome⁃wideinvestigationofDNAmethylationdynamicsrevealsacriticalroleofDNAdemethylationduringtheearlysomaticembryogenesisofDimo⁃7南京林业大学学报(自然科学版)第47卷carpuslonganLour[J].TreePhysiol,2020,40(12):1807-1826.DOI:10.1093/treephys/tpaa097.[31]GUOHH,FANYJ,GUOHX,etal.Somaticembryogenesiscriti⁃calinitiationstage⁃specificmCHHhypomethylationrevealsepige⁃neticbasisunderlyingembryogenicredifferentiationincotton[J].PlantBiotechnolJ,2020,18(8):1648-1650.DOI:10.1111/pbi.13336.[32]GARCIAC,DEFURTADOALMEIDAAA,COSTAM,etal.Sin⁃gle⁃baseresolutionmethylomesofsomaticembryogenesisinTheo⁃bromacacaoL.revealepigenomemodificationsassociatedwithso⁃maticembryoabnormalities[J].SciRep,2022,12(1):15097.DOI:10.1038/s41598-022-18035-9.[33]OSORIO⁃MONTALVOP,DE⁃LA⁃PEÑAC,OROPEZAC,etal.ApeakinglobalDNAmethylationisakeysteptoinitiatethesomaticembryogenesisofcoconutpalm(CocosnuciferaL)[J].PlantCellRep,2020,39(10):1345-1357.DOI:10.1007/s00299-020-02568-2.[34]DUX,YANGZL,XIEGH,etal.MolecularbasisoftheplantROS1⁃mediatedactiveDNAdemethylation[J].NatPlants,2023,9(2):271-279.DOI:10.1038/s41477-022-01322-8.[35]CHENRZ,CHENXH,HUOW,etal.Transcriptomeanalysisofazacitidine(5⁃AzaC)⁃treatmentaffectingthedevelopmentofearlysomaticembryogenesisinLongan[J].JHorticSciBiotechnol,2021,96(3):311-323.DOI:10.1080/14620316.2020.1847695.[36]SANTOSD,FEVEREIROP.LossofDNAmethylationaffectsso⁃maticembryogenesisinMedicagotruncatula[J].PlantCellTissueOrganCult,2002,70(2):155-161.DOI:10.1023/A:1016369921067.[37]WÓJCIKOWSKAB,GAJMD.Expressionprofilingofauxinre⁃sponsefactorgenesduringsomaticembryogenesisinductioninArabidopsis[J].PlantCellRep,2017,36(6):843-858.DOI:10.1007/s00299-017-2114-3.[38]GRZYBKOWSKAD,MORONCZYKJ,WÓJCIKOWSKAB,etal.Azacitidine(5⁃AzaC)⁃treatmentandmutationsinDNAmethylasegenesaffectembryogenicresponseandexpressionofthegenesthatareinvolvedinsomaticembryogenesisinArabidopsis[J].PlantGrowthRegul,2018,85(2):243-256.DOI:10.1007/s10725-018-0389-1.[39]GAOY,CUIY,ZHAORR,etal.Cryo⁃treatmentenhancestheembryogenicityofmaturesomaticembryosviathelncRNA⁃miRNA⁃mRNAnetworkinwhitespruce[J].IntJMolSci,2022,23(3):1111.DOI:10.3390/ijms23031111.[40]CASTANDER⁃OLARIETAA,PEREIRAC,SALESE,etal.In⁃ductionofRadiatapinesomaticembryogenesisathightemperaturesprovokesalong⁃termdecreaseinDNAmethylation/hydroxymethylationanddifferentialexpressionofstress⁃relatedgenes[J].Plants,2020,9(12):1762.DOI:10.3390/plants9121762.[41]PACHOTAKA,ORŁOWSKAR.EffectofcopperandsilverionsonsequenceandDNAmethylationchangesintriticaleregenerantsgainedviasomaticembryogenesis[J].JApplGenet,2022,63(4):663-675.DOI:10.1007/s13353-022-00717-9.[42]SHEMERO,LANDAUU,CANDELAH,etal.CompetencyforshootregenerationfromArabidopsisrootexplantsisregulatedbyDNAmethylation[J].PlantSci,2015,238:251-261.DOI:10.1016/j.plantsci.2015.06.015.[43]SHIBUKAWAT,YAZAWAK,KIKUCHIA,etal.Possiblein⁃volvementofDNAmethylationonexpressionregulationofcarrotLEC1geneinits5ᶄ⁃upstreamregion[J].Gene,2009,437(1/2):22-31.DOI:10.1016/j.gene.2009.02.011.[44]DAIXH,WANGJ,SONGYG,etal.CytosinemethylationoftheFWApromoterpromotesdirectinvitroshootregenerationinAra⁃bidopsisthaliana[J].JIntegrPlantBiol,2021,63(8):1491-1504.DOI:10.1111/jipb.13156.[45]LIUX,ZHUK,&XIAOJ.Recentadvancesinunderstandingoftheepigeneticregulationofplantregeneration[J].aBioTech,2023,4(1):31-46.DOI:10.1007/s42994-022-00093-2.[46]SHIMS,LEEHG,SEOPJ.MET1⁃dependentDNAmethylationrepresseslightsignalingandinfluencesplantregenerationinAra⁃bidopsis[J].MolCells,2021,44(10):746-757.DOI:10.14348/molcells.2021.0160.[47]XUJ,WANGX,CAOH,etal.Dynamicchangesinmethylomeandtranscriptomepatternsinresponsetomethyltransferaseinhibitor5⁃azacytidinetreatmentincitrus[J].DNARes,2017,24:509-522.DOI:10.1093/dnares/dsx021.[48]KARIMR,TANYS,SINGHP,etal.ExpressionandDNAmethy⁃lationofSERK,BBM,LEC2andWUSgenesininvitroculturesofBoesenbergiarotunda(L.)Mansf[J].PhysiolMolBiolPlants,2018,24(5):741-751.DOI:10.1007/s12298-018-0566-8.[49]VININK,POMRANINGKR,WILHELMLJ,etal.Methylomere⁃organizationduringinvitrodedifferentiationandregenerationofPopulustrichocarpa[J].BMCplantbiology,2013,13:1-15.DOI:10.1186/1471-2229-13-92.[50]CAOQ,FENGYX,DAIXW,etal.DynamicchangesofDNAmethylationduringwildstrawberry(Fragarianilgerrensis)tissueculture[J].FrontPlantSci,2021,12:765383.DOI:10.3389/fpls.2021.765383.[51]LIJY,WANGMJ,LIYJ,etal.Multi⁃omicsanalysesrevealepigenomicsbasisforcottonsomaticembryogenesisthroughsuc⁃cessiveregenerationacclimationprocess[J].PlantBiotechnolJ,2019,17(2):435-450.DOI:10.1111/pbi.12988.[52]LAWJA,JACOBSENSE.Establishing,maintainingandmodifyingDNAmethylationpatternsinplantsandanimals[J].NatRevGenet,2010,11(3):204-220.DOI:10.1038/nrg2719.[53]LIW,LIUH,CHENGZJ,etal.DNAmethylationandhistonemodificationsregulatedenovoshootregenerationinArabidopsisbymodulatingWUSCHELexpressionandauxinsignaling[J].PLoSGenet,2011,7(8):e1002243.DOI:10.1371/journal.pgen.1002243.[54]LIUH,ZHANGH,DONGYX,etal.DNAMethyltransferase1⁃mediatedshootregenerationisregulatedbycytokinin⁃inducedcellcycleinArabidopsis[J].NewPhytol,2018,217(1):219-232.DOI:10.1111/nph.14814.[55]YAARIR,KATZA,DOMBK,etal.RdDM⁃independentdenovoandheterochromatinDNAmethylationbyplantCMTandDNMT3orthologs[J].NatCommun,2019,10(1):1613.DOI:10.1038/s41467-019-09496-0.[56]GAOY,CHENXY,CUIY,etal.EffectsofmediumsupplementsonsomaticembryomaturationandDNAmethylationinPseudotsugagausseniiFlous,aspeciesunderprotection[J].Forests,2022,13(2):288.DOI:10.3390/f13020288.[57]ERDMANNRM,PICARDCL.RNA⁃directedDNAmethylation[J].PLoSGenet,2020,16(10):e1009034.DOI:10.1371/journal.pgen.1009034.[58]JILX,MATHIONISM,JOHNSONS,etal.Genome⁃widerein⁃forcementofDNAmethylationoccursduringsomaticembryogenesisinsoybean[J].PlantCell,2019,31(10):2315-2331.DOI:10.1105/tpc.19.00255.[59]GIRICC,SHYAMKUMARB,ANJANEYULUC.Progressintis⁃sueculture,genetictransformationandapplicationsofbiotechnologytotrees:anoverview[J].Trees,2004,18:115-135.DOI10.1007/s00468-003-0287-6.[60]BARGHCHIM,ALDERSONPG.ThecontrolofshoottipnecrosisinPistaciaveraL.invitro[J].Plantgrowthregulation,1996,20:31-35.[61]GUTIERREZ⁃ARCELU,MARI,LAPPALATNENT,etal.PassiveandactiveDNAmethylationandtheinterplaywithgeneticvariationingeneregulation[J].elife,2013,2:e00523.DOI:10.7554/eLife.00523.001.(责任编辑㊀吴祝华)8。
拟南芥AT-hook基序核蛋白介导体细胞胚胎发生和基因组复制PPT
Result6 AHL15 overexpression-induced polyploidy occurs by endomitosis dueቤተ መጻሕፍቲ ባይዱto chromosome missegregation.
从p35s:AHL15体细胞胚再生的多倍体植株 的相当频率提出了一个问题,即多倍体何 时被诱导,它是否与SE诱导相关?甚至被 SE诱导促进?
存在2,4-D: pAHL15:AHL15-GUS ahl15/+ pAHL15:AHL15-GUS
通过比较p35S:BBM-GR构建体在野生型 ahl15 ahl19amiRAHL20三重突变背景中诱 导SE的有效性,研究了BBM诱导SE中对AHL 基因的需求。
在野生型背景中的554个原始p35s:BBM-GR 转化子中,诱导了40个(7%); 但在ahl15ahl19amiRAHL20三重突变背景 中背景中(351个原始转化子中诱导0个) 这一作用被完全消除。
Result4 AHL15 overexpression-mediated chromatin decondensation correlates with SE induction. AHL15在SE启动过程中调节了染色质结构
1、p35s:ahl15子叶原皮细胞染色体DNA碘化丙 啶(PI)染色显示异染色质明显分散(图4a)
由于强烈的染色质解聚,细胞多倍体 化发生在体细胞到胚胎重编程期间。 AHL15过度表达导致强烈的染色质解聚, 与体细胞中胚胎能力的诱导一致。这 阻止了某些细胞中的染色体分离,导 致产生多倍体胚胎细胞并随后产生多 倍体体细胞胚胎的内有丝分裂事件。
相比之下,2,4-D处理导致DAHL15表达 增强,该表达足以诱导体细胞到胚胎 重编程,但不足以诱导内有丝分裂所 需的染色质解聚水平。
线粒体转录因子A的调节和功能
线粒体转录因子A的调节和功能宋银娟;廖轶;赵德明;周向梅【摘要】线粒体转录因子A(mitochondrial transcription factor A,TFAM)是一种由核基因编码的高迁移率族蛋白,在细胞质内合成后与HSP60-70复合体结合转运至线粒体内发挥作用.TFAM可调控线粒体DNA(mitochondrial DNA,mtDNA)的复制和转录,具有结合和缠绕mtDNA及解螺旋能力,与mtDNA拟核结构的形成、mtDNA的修复和维持mtDNA的稳定性密切相关.论文就TFAM的调控、TFAM与mtD-NA相互作用、TFAM定向疗法以及对线粒体的保护作用等方面的相关研究进行了概述.【期刊名称】《动物医学进展》【年(卷),期】2017(038)011【总页数】5页(P112-116)【关键词】线粒体转录因子A;线粒体DNA;转录调控;线粒体功能;定向疗法【作者】宋银娟;廖轶;赵德明;周向梅【作者单位】中国农业大学动物医学院,北京 100193;中国农业大学动物医学院,北京 100193;中国农业大学动物医学院,北京 100193;中国农业大学动物医学院,北京100193【正文语种】中文【中图分类】S852.2线粒体是一种广泛存在于各类真核细胞中的细胞器,是细胞能量产生的核心。
线粒体还参与钙离子稳态的调节、血红素和类固醇激素的生物合成以及细胞凋亡的发生。
线粒体具有特殊的双膜结构,且内外膜所含脂质和蛋白质的比例不同。
线粒体内膜表面积大,含有电子传递链(electron transport chain,ETC)复合物,可通过氧化磷酸化(oxidative phosphorylation,OXPHOS)过程产生ATP。
据研究估计,线粒体正常结构和功能的维持需要1 500种蛋白质,而线粒体DNA(mitochondrial DNA,mtDNA)仅能编码13种基本的氧化磷酸化亚基以及2个rRNA和22个tRNAs,其余超过99%的线粒体蛋白质都是由细胞核基因所编码的[1]。
中科院植生所巫永睿课题组通过测定非法重组频率挖掘优质蛋白玉米修饰基因
中科院植生所巫永睿课题组通过测定非法重组频率挖掘优质蛋白玉米修饰基因2019年12月10日,中国科学院分子植物科学卓越创新中心/植物生理生态研究所巫永睿课题组团队在Communications Biology 杂志上在线发表题为High frequency DNA rearrangement at qγ27 creates a novel allele for Quality Protein Maize breeding 的研究文章。
优质蛋白玉米胚乳修饰因子qγ27位点结构高度不稳定,该团队通过巧妙遗传设计深入解析了该位点发生非法重组的频率及基因重排的分子遗传机制。
基因拷贝数变异(Copy Number Variation, CNV)是驱动物种基因组动态变化的主要动力之一。
CNV可由基因复制,缺失及插入引起,它可直接导致基因表达的剂量差异,引起种内个体间表型不同程度的变异,或者新拷贝发生新的变异,从而演化出不同于原始拷贝的表达模式,甚至进化出新的功能。
人类基因组有3000 Mbp,4.8-9.5%是由CNV贡献的,在群体多态性形成中扮演重要作用。
玉米基因组有2200 Mbp, 大量基因存在基因复制,而CNV是影响不同自交系间表型差异的主要来源之一。
CNV主要通过基因同源重组发生。
在减数分裂时,如果同源染色体上的不同基因拷贝发生完全等位配对,任何染色体交换(crossover)都不会引起CNV;如果不同基因拷贝之间发生了非等位配对,这个区间的染色体交换就会导致基因重排:一条染色体失去一个或多个拷贝,另外一条得到相应数量的拷贝,这称之为非法重组。
正常的同源重组频率很容易通过发生交换两侧的标记算出,然而非法重组的频率很少有直接通过遗传学实验精确测定的报道。
30年前,美国罗格斯大学Joachim Messing实验室发现玉米27-kDa γ-醇溶蛋白编码基因(γ27)在不同玉米自交系间存在拷贝数变异,有些自交系含有两个拷贝,有些只含有一个。
《桃PpNAC72基因的克隆及功能分析》
《桃PpNAC72基因的克隆及功能分析》摘要:本文详细介绍了桃树中PpNAC72基因的克隆过程,并对其功能进行了深入分析。
通过生物信息学分析、基因克隆、表达模式分析以及转基因功能验证等手段,揭示了PpNAC72基因在桃树生长发育及抗逆性中的潜在作用。
一、引言桃树作为重要的果树作物,其抗逆性及果实品质一直是果树遗传育种的重要研究方向。
近年来,随着分子生物学技术的飞速发展,基因克隆与功能分析已成为探究果树遗传改良的关键手段。
其中,NAC(NAM/ATAF1/2/CUC2)转录因子家族在植物生长发育和抗逆反应中发挥着重要作用。
本研究以桃树为材料,对PpNAC72基因进行克隆及功能分析,旨在为桃树遗传改良提供理论依据。
二、材料与方法1. 材料本实验所用材料为桃树叶片,取自健康、无病虫害的桃树。
实验中所用到的引物、试剂和仪器均按照实验需求选择和准备。
2. 方法(1)基因克隆:利用PCR技术,通过特异引物扩增得到PpNAC72基因序列。
(2)生物信息学分析:对克隆得到的PpNAC72基因序列进行序列比对、结构预测及表达模式分析。
(3)表达模式分析:采用实时荧光定量PCR技术,分析PpNAC72基因在不同组织及不同逆境条件下的表达情况。
(4)转基因功能验证:构建PpNAC72基因的过表达和沉默载体,通过遗传转化法转入桃树中,观察转基因桃树的生长和抗逆性变化。
三、结果与分析1. PpNAC72基因的克隆与序列分析通过PCR扩增得到PpNAC72基因的全长cDNA序列,经序列比对和结构预测,发现该基因属于NAC转录因子家族,具有典型的NAC结构域。
2. 生物信息学分析PpNAC72基因的氨基酸序列与其他植物NAC转录因子具有较高的相似性,表明其在植物中具有保守的生物学功能。
此外,通过表达模式分析发现,PpNAC72基因在桃树的根、茎、叶等组织中均有表达,且在逆境条件下表达量有所上升。
3. 表达模式分析实时荧光定量PCR结果显示,PpNAC72基因在桃树的不同组织和不同逆境条件下的表达模式具有显著差异。
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2 0 1 2 0 3 ; 3 S c h o o l o f P h a r ma c y , S h a n g h a i J i a o T o n g Un i v e r s i y, t S h a n g h a i 2 0 0 2 4 0 )
Ab s t r a c t O b j e e t i v e T o d i s c o v e r s o me r e l a t i o n s h i p s b e t we e n t f p A a n d t h e b i o s y n t h e s i s o f A2 1 9 7 8 C wh i c h b e l o n g s t o t h e T e t R — f a mi l y , a t r a n s c r i p t i o n a l r e g u l a t o r .Me t h o d s t f p A wa s d e l e t e d b y h o mo l o g o u s r e c o mb i n a t i o n .
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中国抗生素杂志2 0 1 5 年5 月第4 0 卷第 5 期
文章编号 :1 0 0 1 — 8 6 8 9 ( 2 0 1 5 ) 0 5 — 0 3 3 4 — 0 4
T e t R家族转 录调控 基因t f p A对链霉菌合成A2 1 9 7 8 C的影 响
逢 丽 , 2 魏 维2 , 3 靳 旭2 , 3 戈梅2 , 3 陈代 杰1 ,
( 1 华东理工大学,上海 2 0 0 2 3 7 1 2 上海来益 生物药物研发 中心有 限责任公 司,上海 2 0 1 2 0 3 ; 3上海交通大学药学院 ,上海 2 0 0 2 4 0 )
摘要 :目的 研 究A2 1 9 7 8 C 产 生菌 中一个T e t R 家族转录调控基 因t f p A 对A 2 1 9 7 8 C 产量 的影 响。方法 利 用同源重 组方 法敲 除该t f p A 基 因,HP L C 检测突变株A 2 1 9 7 8 C产量的变化,通过过表达与 回补实验验 证其 调控特性 。结果 敲 除咖 基 因的突变株 A2 1 9 7 8 C 产量 与亲株相 比增 加了5 0 %;基因 回补后A2 1 9 7 8 C 产量 恢复到亲株 的水平 。过表达 突变株则几乎不产A2 1 9 7 8 C。结论 T e t R家族转录调控基因t f p A对A2 1 9 7 8 C 的合成至关重要 ,是一个负调控基 因。 关键词 :A2 1 9 7 8 C;T e I R 家族 ;转录调控子 ;基因敲除 中图分类号 :09 3 文献标志码 : A
P a n g L i , 一 , We i We i 。 , J i n X u 。 , Ge Me i 。 , a n d C h e n D a i - j i e
( 1 E a s t C h i n a Un i v e r s i t y o f S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y , S h a n g h a i 2 0 0 2 3 7 ; 2 S h a n g h a i L a i y i C e n t e r f o r B i o p h a r ma c e u t i c a l R&D, S h a n g h a i
I n l f u e n c e o f T e t R f a mi l y t r a n s c r i p t i 0 n a l r e g u l a t o r y g e n e t f p A o n A2 1 9 7 8 C
pr od uc t i o n i n St r e pt o myc e s s p.
a n d t h e p r od uc t i o n O f A2 1 97 8 C i n t h e mu t a nt s wa s de t e c t e d v i a HPLC.The n c o mp l e me nt a t i o n a n d o ve r - e xp r e s s i on
i n t h e A t f p A mu t a n t i n c r e a s e d o b v i o u s l y . Wh i l e t h e O. t f p A mu t a n t l o s t i t s a b i l i t y t o p r o d u c e A2 1 9 7 8 C. a n d C— t f p A mu t a n t w a s a t a s i mi l a r l e v e l t o t h a t o f t h e o r i g i n a l s t r a i n .C o n c l u s i o n t f p A e x e r t s a s t r o n g i n l f u e n c e o n A2 1 9 7 8 C
we r e u s e d t o c o n i f r m t h e f u n c t i o n O f t h i s g e n e . Re s u l t s Co mp a r e d t o t h e o r i g i a l s t r a i n . p r o d u c t i o n o f A2 1 9 7 8 C