植物表观遗传学 讲义(2)
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In B-P: less methylation, more dense chromatin structure
High expression
Low expression
Stam et al., 2002, Gene & Dev
Henderson IR, Jacobsen SE. Nature, 2007447:418-24
生甲基化的胞嘧啶脱氨基转变成尿嘧啶,而甲 基化的胞嘧啶保持不变，PCR扩增所需片段, 则尿嘧啶全部转化成胸腺嘧啶，最后,对PCR 产物进行测序 3. HPLC：整体基因组甲基化水平, 4. 免疫化学法：利用特异的5mC抗体，结合整 体基因组芯片，测定DNA甲基化区域
RNA介导的DNA甲基化最初发现
RNA dependent RNA Pol IV
Dorweiler et al, Plant cell, 2000 Alleman et al., Nature, 2006, 442:295-8.
853-bp repeats
In B-I: more methylation, but more open chromatin structure
Mette MF, van der Winden J, Matzke MA, Matzke AJ. Production of aberrant promoter transcripts contributes to methylation and silencing of unlinked homologous promoters in trans. EMBO J. 1999 18:241-8.
CH3
double-helix structure
植物DNA甲基化的形式
CH3 动植物共有
CG
CБайду номын сангаас3 CNG
CH3 CHH (C/A/T)
DNA甲基化的生物学意义： 1.调控转座子的活性，保护基因组DNA 2.调控基因的表达
如何研究植物的DNA甲基化
1. DNA甲基化敏感的限制性内切酶 2. 亚硫酸氢钠测序：重亚硫酸盐使DNA中未发
Paramutation has been extensively characterized at three maize loci: r1,b1
（helixloop-helix (bHLH) factors）, and
pl1(myb)
Brink (1956, 1958) 首先描述了r1基因的 Paramutation 现象
J Genet. 22, 299–334.
Hinton, T., and Goodsmith, W. (1950). An analysis of phenotypic reversions at the brown locus in Drosophila. J. Exp. Zool. 114, 103–114.
Chandler et al, PMB, 2000
Chandler et al, PMB, 2000
With activating mutator
Chandler et al, PMB, 2000
Paramutation 是由基因控制的
mop1: mediator of
paramutation1，
植物甲基化DNA分子机制研究的 遗传学方法
1. 利用DNA甲基化敏感的酶，酶切基因 组DNA，检测甲基化程度的变化 （centromeric repetitive DNA ）
精品
植物表观遗传学 (2)
Epigenetics（表观遗传学）:是指以不涉及到 DNA序列的改变、但可以通过有丝分裂和减数分 裂进行遗传的生物现象。
自然界中的表观遗传学现象： Paramutation
最早的例子来自果蝇的变化。
Muller, H.J. (1930). Types of visible variations induced by x-rays in Drosophila.
Wassenegger M, Heimes S, Riedel L, Sänger HL. RNA-directed de novo methylation of genomic sequences in plants Cell. 1994 Feb 11;76(3):567-76
Max-Planck-Institut für Biochemie, Abteilung Viroidforschung, Martinsried,
目前表观遗传学研究概况
拟南芥作为模式植物的优点: 1.个体小，易于管理 2.生长周期短，种子量大 3.易于转化，进行基因功能研究 4.基因组小，重复序列少，完成测序
表观遗传学的分子生物学机制包括： •DNA甲基化 •组蛋白修饰 •染色质重组 •RNA干扰
植物DNA甲基化的分子机制
A DNA molecule consists of two strands, each strand = polynucleotide. Strands held together by hydrogen bonds between complementary nucleotide pairs: Adenine with Thymine, Cytosine with Guanine.
. Federal Republic of Germany
One monomeric and three oligomeric potato spindle tuber viroid (PSTVd) cDNA units were introduced into the tobacco genome via the Agrobacterium-mediated leaf-disc transformation.
Mette MF, Aufsatz W, van der Winden J, Matzke MA, Matzke AJ. Transcriptional silencing and promoter methylation triggered by double-stranded RNA. EMBO J. 2000 19: 5194-201.
High expression
Low expression
Stam et al., 2002, Gene & Dev
Henderson IR, Jacobsen SE. Nature, 2007447:418-24
生甲基化的胞嘧啶脱氨基转变成尿嘧啶,而甲 基化的胞嘧啶保持不变，PCR扩增所需片段, 则尿嘧啶全部转化成胸腺嘧啶，最后,对PCR 产物进行测序 3. HPLC：整体基因组甲基化水平, 4. 免疫化学法：利用特异的5mC抗体，结合整 体基因组芯片，测定DNA甲基化区域
RNA介导的DNA甲基化最初发现
RNA dependent RNA Pol IV
Dorweiler et al, Plant cell, 2000 Alleman et al., Nature, 2006, 442:295-8.
853-bp repeats
In B-I: more methylation, but more open chromatin structure
Mette MF, van der Winden J, Matzke MA, Matzke AJ. Production of aberrant promoter transcripts contributes to methylation and silencing of unlinked homologous promoters in trans. EMBO J. 1999 18:241-8.
CH3
double-helix structure
植物DNA甲基化的形式
CH3 动植物共有
CG
CБайду номын сангаас3 CNG
CH3 CHH (C/A/T)
DNA甲基化的生物学意义： 1.调控转座子的活性，保护基因组DNA 2.调控基因的表达
如何研究植物的DNA甲基化
1. DNA甲基化敏感的限制性内切酶 2. 亚硫酸氢钠测序：重亚硫酸盐使DNA中未发
Paramutation has been extensively characterized at three maize loci: r1,b1
（helixloop-helix (bHLH) factors）, and
pl1(myb)
Brink (1956, 1958) 首先描述了r1基因的 Paramutation 现象
J Genet. 22, 299–334.
Hinton, T., and Goodsmith, W. (1950). An analysis of phenotypic reversions at the brown locus in Drosophila. J. Exp. Zool. 114, 103–114.
Chandler et al, PMB, 2000
Chandler et al, PMB, 2000
With activating mutator
Chandler et al, PMB, 2000
Paramutation 是由基因控制的
mop1: mediator of
paramutation1，
植物甲基化DNA分子机制研究的 遗传学方法
1. 利用DNA甲基化敏感的酶，酶切基因 组DNA，检测甲基化程度的变化 （centromeric repetitive DNA ）
精品
植物表观遗传学 (2)
Epigenetics（表观遗传学）:是指以不涉及到 DNA序列的改变、但可以通过有丝分裂和减数分 裂进行遗传的生物现象。
自然界中的表观遗传学现象： Paramutation
最早的例子来自果蝇的变化。
Muller, H.J. (1930). Types of visible variations induced by x-rays in Drosophila.
Wassenegger M, Heimes S, Riedel L, Sänger HL. RNA-directed de novo methylation of genomic sequences in plants Cell. 1994 Feb 11;76(3):567-76
Max-Planck-Institut für Biochemie, Abteilung Viroidforschung, Martinsried,
目前表观遗传学研究概况
拟南芥作为模式植物的优点: 1.个体小，易于管理 2.生长周期短，种子量大 3.易于转化，进行基因功能研究 4.基因组小，重复序列少，完成测序
表观遗传学的分子生物学机制包括： •DNA甲基化 •组蛋白修饰 •染色质重组 •RNA干扰
植物DNA甲基化的分子机制
A DNA molecule consists of two strands, each strand = polynucleotide. Strands held together by hydrogen bonds between complementary nucleotide pairs: Adenine with Thymine, Cytosine with Guanine.
. Federal Republic of Germany
One monomeric and three oligomeric potato spindle tuber viroid (PSTVd) cDNA units were introduced into the tobacco genome via the Agrobacterium-mediated leaf-disc transformation.
Mette MF, Aufsatz W, van der Winden J, Matzke MA, Matzke AJ. Transcriptional silencing and promoter methylation triggered by double-stranded RNA. EMBO J. 2000 19: 5194-201.