花器官發(fā)育是植物生長發(fā)育與繁衍后代的重要生殖過程，對于加速林木遺傳改良進(jìn)程、縮短育種周期具有重要意義。越來越多的證據(jù)表明基因表達(dá)的時(shí)空特異性不僅由特異的DNA 序列包括順式作用元件與反式作用因子控制，還受表觀遺傳調(diào)控，其中最重要的修飾就是DNA甲基化。因此，如何系統(tǒng)地解析DNA甲基化修飾對植物花器官發(fā)育基因表達(dá)網(wǎng)絡(luò)的調(diào)控成為目前國內(nèi)外分子遺傳學(xué)與分子生物學(xué)領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)問題。而目前的相關(guān)研究主要集中于DNA甲基化對編碼基因表達(dá)模式的調(diào)控，而對基因間隔區(qū)更為豐富的非編碼調(diào)控元件尚未涉及，導(dǎo)致未能構(gòu)建更為全面和系統(tǒng)的基因表達(dá)調(diào)控網(wǎng)絡(luò)。為此，我院張德強(qiáng)教授團(tuán)隊(duì)依托國家林業(yè)公益性項(xiàng)目，在前期對雌雄花器官在生長發(fā)育過程中生理生化應(yīng)答、轉(zhuǎn)錄調(diào)控等研究的基礎(chǔ)上，首次在林木中系統(tǒng)地解析了DNA甲基化修飾對microRNA的表達(dá)調(diào)控模式，為構(gòu)建全面的花器官基因表達(dá)調(diào)控網(wǎng)絡(luò)奠定了基礎(chǔ)。
該研究在對全國毛白楊基因資源庫長期觀測的基礎(chǔ)上，選取了較為罕見的毛白楊雄全同株個(gè)體為研究材料，利用whole-genome shotgun bisulphite sequencing （WGsBs）技術(shù)在全基因組水平上對毛白楊雌雄花器官的DNA甲基化修飾類型以及分布模式進(jìn)行了檢測。分析顯示在蛋白編碼基因區(qū)域發(fā)生的DNA甲基化僅占全部甲基化修飾的15.1%，而在基因間隔區(qū)發(fā)生的DNA甲基化修飾比例則高達(dá)74.1%。共檢測到了113個(gè)保守的microRNA基因發(fā)生了DNA甲基化修飾，其中包括11個(gè)花發(fā)育調(diào)控相關(guān)的microRNA基因。microRNA基因甲基化修飾集中發(fā)生在其側(cè)翼序列，最為豐富的甲基化類型為CHH，其次為CHG類型。并且這兩種DNA甲基化修飾在雌雄花器官之間具有序列偏好性。對雌雄花器官差異DNA甲基化microRNA基因的靶基因進(jìn)行富集分析，顯示在細(xì)胞程序性死亡、細(xì)胞大分子代謝過程以及碳水化合物代謝等過程被顯著富集。利用microRNA-sequencing以及Affymetrix楊樹表達(dá)譜芯片技術(shù)對楊樹雌雄花器官轉(zhuǎn)錄組的表達(dá)模式進(jìn)行檢測，進(jìn)而分析DNA甲基化對基因表達(dá)的調(diào)控作用。研究表明DNA甲基化對基因表達(dá)具有多種形式的負(fù)調(diào)控作用。該研究首次將DNA甲基化調(diào)控基因表達(dá)的研究擴(kuò)展到基因間隔區(qū)，對楊樹全基因組microRNA的甲基化模式以及表達(dá)調(diào)控作用進(jìn)行了分析，篩選出大量受DNA甲基化調(diào)控的microRNA基因，完善了林木花器官發(fā)育基因表達(dá)模型，為系統(tǒng)構(gòu)建DNA甲基化調(diào)控基因表達(dá)網(wǎng)絡(luò)奠定了基礎(chǔ)。
研究成果近期在線發(fā)表于國際著名植物學(xué)雜志《Journal of Experimental Botany》上（IF="5.794；5-Year" IF=" 6.019）。該文章的第一作者是我院青年教師宋躍朋講師。這是張德強(qiáng)團(tuán)隊(duì)自2012年開展表觀遺傳學(xué)研究以來，在林木花發(fā)育甲基化調(diào)控研究首次取得突破性進(jìn)展，為我校在林木表觀遺傳學(xué)相關(guān)研究的開展奠定了基礎(chǔ)。
文章鏈接：http://jxb.oxfordjournals.org/content/early/2015/01/22/jxb.eru531.full?keytype=ref&ijkey=LERA7HDlNu7WZvO
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