表觀遺傳的調(diào)控機(jī)制

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1、表觀遺傳的調(diào)控機(jī)制摘要:表觀遺傳是非DNA序列遺傳信息的傳遞,它不涉及基因序列的改變,不符合孟德?tīng)柺降倪z傳方式。表觀遺傳學(xué)研究的是生物可遺傳的染色質(zhì)修飾。目前，其主要研究?jī)?nèi)容包括DNA甲基化、翻譯后組蛋白修飾、組蛋白組成變化。其中DNA甲基化是一種重要的表觀遺傳修飾方式,是調(diào)節(jié)基因組功能的重要手段。組蛋白修飾作為表觀傳中重要的調(diào)控機(jī)制之一,在包括基因表達(dá)調(diào)控等多種生物學(xué)過(guò)程中起著重要作用。組蛋白甲基轉(zhuǎn)移酶和組蛋白去甲基化酶共同參與形成和維持不同的組蛋白甲基化狀態(tài),繼而通過(guò)多種分子參與對(duì)組蛋白甲基化修飾的識(shí)別而引起

2、下游過(guò)程的發(fā)生。組蛋白乙?；腿ヒ阴；揎椧彩钦{(diào)控表觀遺傳機(jī)制之一。最近人們還發(fā)現(xiàn)非編碼的RNA也參與了表觀遺傳調(diào)控。關(guān)鍵詞：表觀遺傳，DNA甲基化，組蛋白修飾，RNA調(diào)控。一DNA甲基化調(diào)控表觀遺傳經(jīng)典遺傳學(xué)認(rèn)為，生命的遺傳信息儲(chǔ)存在DNA的堿基序列上，幾乎所有的生命活動(dòng)都受基因調(diào)控。但是，作為開(kāi)放的復(fù)雜系統(tǒng)，生命活動(dòng)從來(lái)就不是由一種因素就能完全決定的。隨著科學(xué)的發(fā)展，人們發(fā)現(xiàn)一些DNA或染色體水平的修飾也會(huì)造成基因表達(dá)模式的改變。這種通過(guò)有絲分裂或減數(shù)分裂來(lái)傳遞非DNA序列遺傳信息的現(xiàn)象稱(chēng)為表觀遺傳（epig

3、eneticinheritance）。由于它不涉及基因序列的改變，不符合孟德?tīng)柺降倪z傳方式，因此它是一種全新的遺傳機(jī)制。表觀遺傳修飾有許多，其中DNA甲基化是基因組DNA的一種最重要的表觀遺傳修飾方式，是調(diào)節(jié)基因組功能的重要手段。在植物中，DNA甲基化參與細(xì)胞的許多生物學(xué)過(guò)程，在植物生長(zhǎng)發(fā)育及進(jìn)化過(guò)程中起著重要的調(diào)節(jié)作用。1植物DNA胞嘧啶甲基轉(zhuǎn)移酶植物DNA的甲基化是在DNA甲基轉(zhuǎn)移酶（DNAMethyltransferase,DMT）的作用下，將S-腺苷甲硫氨酸上的甲基基團(tuán)轉(zhuǎn)移到DNA分子的胞嘧啶堿基上。在植

4、物細(xì)胞中廣泛存在的有三類(lèi)結(jié)構(gòu)和功能上不同的胞嘧啶甲基轉(zhuǎn)移酶[1,2]。第一類(lèi)是MET1甲基轉(zhuǎn)移酶家族，它在甲基化酶中處于統(tǒng)治地位。第一個(gè)編碼植物DNA甲基轉(zhuǎn)移酶的基因是由Finnegan等人[1]從一個(gè)轉(zhuǎn)基因的擬南芥品系中分離出來(lái)的，即MET1甲基轉(zhuǎn)移酶。MET1編碼的蛋白在結(jié)構(gòu)上類(lèi)似于哺乳動(dòng)物的甲基化酶DnmtⅠ，二者在結(jié)構(gòu)域上有50%的同源性。MET1的主要功能是在重復(fù)和單拷貝的DNA序列中維持甲基化，同樣對(duì)許多形態(tài)特征、花期調(diào)控、移植變化和胚胎發(fā)育等有影響作用[1]。最近的研究表明它在從頭甲基化CG島過(guò)程中

5、與一個(gè)發(fā)起甲基化的RNA片段有應(yīng)答[3]?，F(xiàn)已在胡籮卜、豌豆、西紅柿、玉米等植物中鑒定出了MET1及其同源物[4]。第二類(lèi)是結(jié)構(gòu)域重排甲基轉(zhuǎn)移酶（DRM），包括DRM1、DRM2和Zmet3三個(gè)成員。它的結(jié)構(gòu)與哺乳動(dòng)物的Dnmt3甲基化酶類(lèi)似[5]。但它的催化結(jié)構(gòu)域的保守基序排列方式是與眾不同的，為Ⅳ-Ⅸ-Ⅹ-Ⅰ-Ⅱ-Ⅲ-Ⅳ-Ⅴ。其作用是在非對(duì)稱(chēng)位點(diǎn)從頭甲基化DNA序列和維持失活轉(zhuǎn)座子及轉(zhuǎn)基因沉默位點(diǎn)的胞嘧啶甲基化修飾，并且對(duì)與外源SiRNA同源的DNA中所有的胞嘧啶進(jìn)行從頭甲基化[6]。第三類(lèi)是染色質(zhì)甲基化酶（

6、CMT），該酶為植物所特有[7]，負(fù)責(zé)維持CpNpG（N是A，T，C或G）三核苷酸中胞嘧啶的甲基化。其結(jié)構(gòu)也是與哺乳動(dòng)物的DnmtⅠ相似，但是在CMT中有一個(gè)新的有色域氨基酸基元插入到了兩個(gè)正則甲基轉(zhuǎn)移酶基元之間。CMT同時(shí)具有一個(gè)染色體結(jié)構(gòu)域和C-甲基化催化活性，對(duì)對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)上的甲基化有特殊作用。在擬南芥中已經(jīng)識(shí)別了至少3個(gè)CMT編碼基因[1]，其中CMT1被認(rèn)為是沒(méi)有功能的。CMT與DRM一起，共同維持CpNpG和Cp-NpN（N非G）核苷酸序列中胞嘧啶的甲基化。此外，植物中還存在第四類(lèi)甲基轉(zhuǎn)移酶，如玉米中的D

7、MT104和擬南芥中的DMT11，它們可能是DN-MT2家族的同系物，雖然它們?cè)诓簧傥锓N中是保守的，但其功能目前還不清楚[8]。2植物DNA甲基化方式及發(fā)生位置植物DNA甲基化方式同哺乳動(dòng)物一樣分為兩種，一種是2條鏈均未甲基化的DNA被甲基化，稱(chēng)為從頭甲基化(denovomethylation)。另一種是雙鏈DNA的其中1條鏈已存在甲基化，另1條未甲基化的鏈被甲基化，這種類(lèi)型稱(chēng)為保留甲基化(maintenancemethylation)。高等植物中約有30%的胞嘧啶殘基發(fā)生甲基化[9]，其中約有90%的甲基化位于

8、CpG二核苷酸或CpNpG三核苷酸序列中[10]。DNA的甲基化主要發(fā)生在對(duì)稱(chēng)序列CG和CNG處。Oakeley等[11]發(fā)現(xiàn)在非對(duì)稱(chēng)序列的位點(diǎn)也時(shí)常發(fā)生C的甲基化。在煙草花粉DNA的T85基因的啟動(dòng)子區(qū)域發(fā)生了甲基化，但對(duì)應(yīng)的葉片DNA中的同一序列并沒(méi)有甲基化。在測(cè)定的區(qū)域中，49個(gè)C堿基中有10個(gè)被高度甲基化，但只有3個(gè)甲基化的C位于對(duì)稱(chēng)的位點(diǎn)。Chantal等[12