DNA去甲基化,基因印记和转座子沉默

概观

基因印记是基因的某些取决于其母公司的原产地,在开花植物的正常发育所必需的表达和胎盘哺乳动物两者。在植物中,压印大多局限于发育的种子的胚乳。在雌配子体的特定位点的DNA去甲基化是居中表观遗传学调节ESTA过程的控制。正因为如此,由于植物在其基因印记的调控作用,DNA去甲基化是在开发过程中是必不可少的。我们最近的数据,加上我们的合作者 丹尼尔·齐尔伯曼的实验室,埃斯塔支持,同时也揭示了ESTA过程的更基础的功能。 DNA去甲基化通过DME似乎调节主要转座元件的活性,以保护基因组后代的完整性。单等位基因的基因表达沉默是谁的TES控制,如果赋予的选择优势,可能导致印记基因位点的开花植物胚乳的进化。

双受精

女性 拟南芥 配子体形成在胚珠。单倍体孢子经历3次有丝分裂,以形成一个8核,7-细胞雌配子体含蛋,中央,助细胞,和反足细胞。受精之前,二倍体核是在由两个单倍体核的融合形成的中心单元。胚乳由植物细胞的受精由精子细胞衍生,相邻虽然通过精子细胞卵细胞的受精第二引起胚胎。因此,双生成施肥种子有胚乳和胚二倍体。

              

雌,雄配子体在拟南芥中,从 鲍尔和Fischer,2011; PDF格式;交流,反足细胞; CCN,细胞核中心; SC,助细胞; GN,生成核; VC,营养细胞。

使用屏幕来识别种子发育的身份监管机构,我们发现需要种子发育德米特(DME)基因。 DME编码具有多个保守结构域大的蛋白质,包括DNA糖基化酶和核定位结构域(Choi等人,2002年; PDF格式, Mok等的,2010; PDF格式)。需要种子存活力,并在50%的种子败育一个突变导致母系遗传DME到母源等位基因(见下文)(Choi等人,2002年; PDF格式)。 DME是一个脱甲基酶,能够切除5-甲基胞嘧啶在体外通过碱基切除修复的DNA途径(Gehring等的,2006; PDF格式)。 

基因印记

正常基因印记是一个迷人的过程,在开花植物和胎盘哺乳动物绝对需要的发展。它似乎在资源分配,击球的父系首先功能,允许一个机构,其宗旨是道营养物质开发的后代(胎盘,或胚乳种子)确保父本基因组的最大继承发展。为了使母亲最大限度地传播她自己也基因组中,她必须在所有这些资源的传播她的后代,其中包括来自未来的生殖周期。母系印迹基因表达THEREFORE限制她提供的资源,而父本表达的基因却反其道而行之。在哺乳动物的印迹发现和冲突的理论是由下列文件descibed:Barton等的,1984; PDF格式, 麦格拉思和Solter,1984; PDF格式, Moore和黑格,1991年; PDF格式.

无论是在植物和哺乳动物DNA甲基化(5-甲基胞嘧啶)是基因印记的关键调节剂。在拟南芥中,DNA去甲基化是压印的关键调节和DME的动作所需的许多基因的亲本特异性表达(Hsieh等的,2011; PDF格式)。一个例子是调控的重要的 美狄亚,另一个关键基因位点的种子发育谁能够自主调节。该 美狄亚(MEA)基因是希腊神话中的女神是谁杀了她的孩子(因意外或故意,这取决于你神话读)而得名。在MEA蛋白是多梳基生殖压制性络合物(PRC2)的基本亚单位,并且它的表达在胚乳印迹。 DME是负责在MEA产妇胚乳等位基因特异性基因甲基化 Gehring等的,2006; PDF格式)DME甲基胞嘧啶切除具体地5在MEA启动子,在雌配子体的ITS中心细胞激活转录。植物细胞的受精后,产妇MEA结果在自身父源等位基因的PRC2介导的沉默,和另外的基因在胚乳表达印迹。 

在拟南芥胚乳是一个独特的组织;它不仅怀有大多数誊印的,但它有一个不同的DNA甲基化图谱与其他组织相比。按照胚乳发育的种子的胚胎DNA甲基化的全基因组分析,我们发现胚乳表现出整体低甲基化相比,胚胎。 ESTA低甲基化是独立的DME,到目前为止它的功能是未知(Hsieh等的,2009; PDF格式)。这些分析之后,我们研究基因在拟南芥胚乳印迹基因组范围内。在此之前下一代测序的到来,只有九的基因。拟南芥被称为是印。在我们2011年纸 PNAS, Hsieh等的, 我们发现增加120个母系印迹基因和9个表达表达父本印迹基因。类似于哺乳动物,印迹的调控是复杂的,我们在作怪找到规范的监管机制 - 导致产妇特异性表达的母源启动子区域的DNA去甲基化;多梳基团结合至领先父本表达特异性靶标的父系甲基介导的甲基化;还有更复杂的规则机制,尚未划定。我们发现,在待压印的基因贡献于各种各样的进程,许多贡献,以表观遗传调控自己。

在雄性和雌性配子体为二甲醚的共同作用

胚乳的母体等位基因;可能反映植物细胞基因组;和营养细胞的基因组中,甲基化不足相比,胚胎或精子。 ESTA低甲基化依赖于DME,在CG,CHG和CHH DNA上下文发生,并且在短时间内被富集,在富转座子序列。 DME 也就是雄配子体中表达,在营养细胞,通过FACS仔细的实验​​来隔离精子和营养细胞的建立,在我们的合作者的实验室 尚志田丸。在营养细胞,DME类似地贯彻执行DNA去甲基化的程序,以雌配子体即英寸由于营养细胞的遗传物质没有贡献的显影种子,DME的损耗的效果是更微妙的,表现为父本的减小的传输 DME在某些生态型中,由于,至少部分地,减少花粉萌发(schoft等人,2011; PDF格式)。 

这些DNA去甲基化的地区往往又随着差异甲基化的基因印记控制区。在营养细胞和胚乳低甲基化位点的45%的重叠,高度提示在营养和中央“同伴”细胞中发生并行处理的。它被认为表达你的伴侣细胞生成小分子RNA从而加强沉默那些相同的序列您在配子,保护它们的基因组他们潜在的有害换位(伊瓦拉等人的,2012; PDF格式)。

CG和CHH甲基化在花粉染色体1上用箭头指出基因座CHH在精子中营养细胞减少的甲基化和CG从增加的甲基 DME / + 花粉(伊瓦拉等人的,2012)

在支持ESTA假说,一个人工miRNA针对GFP和在中心特异表达细胞,能够沉默卵细胞GFP表达。进一步,即沉默引起通过证明伴侣细胞的sRNA在转录水平上,即,易引起通过RNA DNA甲基化(RdDM)定向,缺乏在同伴细胞DME的似乎减少RdDM在配子DME靶序列。 RdDM赋予CHH甲基化在由24nt siRNA的序列特异性口述网站。该CG网站是由营养细胞DME去甲基化的DME突变体的营养细胞表现出CG增加的甲基化。在DME突变的精子,这些同一基因位点显示优惠CHH甲基化(伊瓦拉等人的,2012).

抗微小RNA GFP在中央细胞相关因素表达与GFP蛋(图像的由宇泽RIE表达降低,从 伊瓦拉等人的,2012).

去甲基化水稻型材

水稻是单子叶植物,单子叶和双子叶植物150万年前的最后一个共同祖先分歧。在水稻胚乳仍然存在,不像的 一种。拟南芥,是大约一半的世界人口的主要粮食作物。水稻胚乳是低甲基化的CG,CHG和CHH序列环境中,相比于胚胎。我们2013 PNAS论文, Rodrigues等的, (PDF格式)演示水稻胚乳的低甲基化即受限于母源等位基因,通常关联随着印迹基因控制区,并且趋向于在常染色质发生。一类的印记24门核苷酸的sRNA水稻被发现了,通过这两个亲本染色体生成。有趣的是,从表达这些相关因素随着这些去甲基化的母体基因组的基因位点。 ESTA斯尔纳水稻胚乳人口跨度宽范围的序列,序列,包括您倾向于代表性不足,在其它组织中,支持这一假设小RNA途径上调表达存在您在伴侣细胞;这里所代表的胚乳组织的产妇等位基因;以沉默在配子工商业污水附加费,如预测 拟南芥.