银杏DNA甲基化对高温胁迫响应的初步研究文献综述

 2022-04-10 22:20:55

前言

DNA甲基化(5mc)是指DNA序列上的胞嘧啶在DNA甲基转移酶(DNA methyltransferase,DNMT)的催化作用下,以S—腺苷甲硫氨酸(S—adenosyl methionine,SAM)作为甲基供体,通过共价键结合的方式获得一个甲基基团的化学修饰过程。DNA甲基化是目前真核生物中研究最为广泛的表观遗传修饰,在动植物基因表达调控中发挥重要作用。在基因组不同区域,DNA甲基化会对基因活性产生不同的影响, 如在基因启动子区的DNA甲基化通常抑制基因转录, 而基因内部甲基化则与基因转录呈正相关。DNA甲基化作为一种稳定的、可遗传的表观遗传修饰,参与调节了植物的生长发育和对环境的适应。同时,DNA甲基化也在植物次生代谢过程中发挥重要的调节作用。

类黄酮是银杏中重要的一类次生代谢物,被广泛用于预防和治疗多种人类疾病,且具有消炎和调节免疫力的作用,有广阔的开发潜力。银杏(Ginkgo biloba L.)被誉为植物界的“活化石”,是世界著名的 孑遗植物,集药用、食用、材用和观赏于一身,具有特殊的经济价值和重要的科学研究价值。故而研究银杏叶中类黄酮合成的调控机理,提高类黄酮的积累,对促进我国银杏产业的进一步发展至关重要。

随着银杏基因组测序的完成,类黄酮合成途径基因虽然被分离和鉴定,但是对其具体的调控机制尚不清晰。现已有结果表明,银杏叶中类黄酮积累明显受到环境因子如光照、海拔、水和温度等的影响,而在对环境的响应过程中,DNA甲基化起着非常重要的调控作用。据预测,环境变化使DNA甲基转移酶活动在黄酮通路上的基因DNA上加甲基故而影响转录,进而影响黄酮合成。

因此,我们研究同一基因在邳州、曲靖、伊宁的甲基化情况,同时研究这三个地点银杏叶中的黄酮含量,以确定甲基化位点的比率多少与黄酮含量的相关性。取自云南邳州的银杏接穗嫁接在新疆伊宁和江苏曲靖后,三者无性系叶片中的黄酮含量有显著不同,据此可推测黄酮相关基因的转录发生变化。通过对黄酮通路基因的搜集及DNA甲基化通路相关基因的鉴定,以此确定DNA甲基化相关基因与黄酮相关基因是否相关。

  1. DNA甲基化

1.1DNA甲基化

DNA 甲基化就是在 DNA 复制后, 甲基转移酶(甲基化酶)催化将S-腺苷-甲硫氨酸(S-adomet , SAM)上的甲基基团连接到DNA 分子的腺嘌呤碱基或胞嘧啶碱基上 , 进行 DNA 修饰的过程 [1] 。DNA 甲基化可分为维持甲基化(maintenancemethylation)和从头甲基化(de novo methylation)两种方式。前者是指在DNA 复制后仍然保持原有位点甲基化形式不变的过程,即在甲基化DNA 半保留复制出的新生链相应位置上进行甲基化修饰的过程,新生链只

在与母链甲基化位置相同的碱基处发生甲基化;后者不依赖DNA 复制,是从未发生甲基化的位点的甲基化,能引起新的甲基化形式的产生。其中,只有一条链甲基化的双螺旋DNA 也称为半甲基化DNA,它是甲基化DNA 发生半保留复制后的新产物。后来,科学家还发现DNA 去甲基化的修饰方式,且有主动和被动两种去甲基化方式[2]。DNA 主动去甲基化的机制包括DNA 转葡萄糖基酶参与的碱基切除修复(BER) ( 即5- mC 由DNA 转葡萄糖基酶直接去除)、脱氨酶参与的碱基切除修复( 即5 - mC 脱氨变成胸腺嘧啶T,形成G/T 错配,然后进入BER 途径)、核苷酸外切修复机制(NER)(即直接移除甲基化的CpG 二核苷酸)、氧化去甲基化(即发生氧化反应打开碳- 碳键,直接去除甲基基团)、水解去甲基化( 即水解胞嘧啶的甲基基团,使其以甲醇的形式被释放)[3]。由此可见,DNA 甲基化的修饰方式包括维持甲基化、从头甲基化和去甲基化3 种。

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