Nature:表观基因组的地域差异

【字体: 时间:2013年03月07日 来源:生物通

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  Salk研究所的科学家们对不同地域生长的植物进行了研究,明确了这些植物表观基因组的多样性模式。他们指出,这种多样性不仅有助于植物适应各种环境,也为提高作物产量和研究人类疾病带来了启示。文章于三月六日发表在Nature杂志上。

  

生物通报道:Salk研究所的科学家们对不同地域生长的植物进行了研究,明确了这些植物表观基因组的多样性模式。他们指出,这种多样性不仅有助于植物适应各种环境,也为提高作物产量和研究人类疾病带来了启示。文章于三月六日发表在Nature杂志上。

研究人员发现,随着生长环境的变化,同种植物间不仅存在基因多样性,还存在表观基因组层面上的差异。表观遗传学修饰是指DNA序列上起调控作用的化学标签,能够在不改变DNA序列(A-T-C-G)的情况下调节基因表达。植物和人类中都存在表观基因组,它为细胞提供了微调基因的额外工具。表观基因组学旨在研究基因组中表观遗传学修饰的模式。

研究显示,不同地区生长的植物间,存在较大的表观基因组差异,这赋予植物快速适应环境的能力。“我们研究了从世界各地收集来的植物,发现它们的表观基因组中存在惊人的差异,”文章资深作者,Salk研究所的Joseph R. Ecker教授说。“表观基因组层面上的多样性,为植物适应各种环境提供了不改变DNA序列的快速途径,如若不然植物将需要很长时间来适应。”

一旦理解了植物中的表观基因组改变,科学家们就可以对其进行操纵以满足多种需要,包括发展生物能源和培育耐旱植物等等。表观遗传学知识能够为农业带来重大影响,例如指导人们进行育种,帮助人们选择适应特定环境的农作物等。

Ecker开发了MethylC-Seq技术来检测表观基因组的改变。研究人员通过这一方法,分析了不同地区拟南芥的甲基化模式。拟南芥是植物生物学中宝贵的模式生物。研究中的拟南芥来自北半球的多种气候条件,从欧洲到亚洲,从瑞典到Cape Verde岛。研究人员分别检测了这些拟南芥的基因组和甲基化组,这是解析表观遗传学改变的第一步,这些信息能够揭示表观遗传学改变对植物性状及其适应能力的影响。

“我们预计到不同地区的植物群体之间存在甲基化模式差异,” Ecker实验室的博后Robert J. Schmitz说。“不过,差异之大还是远远超出了我们的预期。”

通过分析甲基化模式,Ecker团队研究了表观基因组对植物基因活性的影响。甲基化能使基因失活,不过与DNA突变不同,甲基化模式是可逆的,这使植物可以暂时活化特定基因。明确植物中受到表观遗传学调控的基因,能够帮助人们找到与环境适应力相关的重要基因。

人体中也广泛存在甲基化沉默基因的事件,例如肿瘤抑制基因的沉默,在癌症研究和治疗中甲基化都是不可忽视的因素。“如果基因被表观基因组关闭,那么我们也可以通过去甲基化将其恢复,”文章的作者之一Matthew Schultz说。分析甲基化差异如何在自然界形成,将帮助人们更好的操纵表观基因组。

下一步,研究人员将解析甲基化差异对植物性状的影响,探寻环境压力所诱导的表观基因组改变。

 

(生物通编辑:叶予)

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