WGBS在揭示主動(dòng)DNA去甲基化缺失植物的DNA甲基化跨代增加中的應(yīng)用
DNA甲基化是一種在植物和哺乳動(dòng)物中保守的表觀遺傳標(biāo)記，對(duì)生長(zhǎng)、發(fā)育、疾病和壽命具有重要作用。植物和動(dòng)物基因組中DNA甲基化的主動(dòng)獲得或丟失，以及DNA甲基化水平變化可能導(dǎo)致減數(shù)分裂穩(wěn)定的表觀遺傳變異，這些變異產(chǎn)生可遺傳的表型多樣性。盡管對(duì)跨代表觀遺傳已經(jīng)了解很多，但目前尚不清楚跨代表觀遺傳穩(wěn)定性是否可能受到哪些細(xì)胞因子的調(diào)控。
2024年5月20日，南方科技大學(xué)朱健康院士團(tuán)隊(duì)在《PNAS》 (Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America)雜志上發(fā)表題為“Transgenerational increases in DNA methylation in Arabidopsis plants defective in active DNA demethylation”的研究成果，該研究以模式生物擬南芥為研究對(duì)象，通過WGBS等分析揭示了DNA去甲基化酶ROS1突變導(dǎo)致基因組水平上DNA甲基化水平逐代升高。研究表明了ROS1在阻止隨機(jī)形成的DNA甲基化的跨代遺傳、維持表觀基因組穩(wěn)定中發(fā)揮重要監(jiān)控功能。本研究對(duì)理解基因組DNA甲基化的進(jìn)化以及生存環(huán)境如何通過表觀遺傳影響后代具有重要意義。
標(biāo)題：Transgenerational increases in DNA methylation in Arabidopsis plants defective in active DNA demethylation（在主動(dòng)DNA去甲基化缺陷的擬南芥植物中，DNA甲基化的跨代增加）
雜志：PNAS
影響因子：IF 9.4 /Q1
技術(shù)平臺(tái)：WGBS
研究摘要：
本研究分析了從單粒種子后代連續(xù)繁殖10代（G1-G10）的野生型和ros1突變體擬南芥植物在正常和鹽脅迫兩種生長(zhǎng)條件下主動(dòng)發(fā)生的DNA甲基化跨代變化。分析結(jié)果揭示了主動(dòng)DNA去甲基化功能缺失的ros1突變體顯示出增加的跨代表觀遺傳突變率。與野生型相比，ros1突變體在個(gè)別胞嘧啶上獲得的甲基化比丟失的甲基化要多，而野生型則在主動(dòng)獲得和丟失的甲基化胞嘧啶數(shù)量上相似。同樣的，跨代表觀遺傳差異甲基化區(qū)域在ros1突變體中也表現(xiàn)出高甲基化。本研究結(jié)果揭示了ROS1 DNA去甲基化酶對(duì)跨代表觀遺傳穩(wěn)定性的遺傳貢獻(xiàn)，并表明ROS1可能具有防止跨代DNA甲基化增加的意外監(jiān)控功能。
研究方法：
樣本選擇：Col-0 野生型和 ros1 突變體，正常和鹽脅迫條件下從單粒擬南芥種子連續(xù)繁殖10代（G1-G10），每一代創(chuàng)建5個(gè)獨(dú)立株系。通過WGBS分析G1-G10的差異甲基化位點(diǎn)（DMCs）和差異甲基化區(qū)域（DMRs）。
結(jié)果圖形：
圖1：研究的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與跨代差異甲基化位點(diǎn)（DMC）分析：
A. 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)：從單一祖先植物收獲種子，并在MS培養(yǎng)基上發(fā)芽。將10天大的幼苗移植到土壤中。在blotting開始時(shí)，從五株標(biāo)記的植物（由五株不同顏色的幼苗表示）收集蓮座葉（rosette leaf），并將其匯總為G1樣本。鹽處理組和對(duì)照組（CK）分別從G1代衍生出五條獨(dú)立系。鹽處理組在每一代持續(xù)用75 mM NaCl溶液灌溉。CK組用0 mM NaCl水灌溉。G10（無鹽）和鹽處理-G10樣本是在blotting開始時(shí)從鹽處理組和CK組的五條獨(dú)立系的第十代收集的蓮座葉。
B. 在正常生長(zhǎng)條件下，鑒定出的G1與后代（G10）之間跨代DMCs數(shù)量。
C. 每個(gè)基因型的CG表觀遺傳突變率。
D. 每個(gè)基因型中跨代高甲基化差異位點(diǎn)hyper-DMCs百分比。
E. 不位于ros1 G1高甲基化差異區(qū)域（hyper DMRs）中的跨代甲基化差異位點(diǎn)DMCs（高甲基化、低甲基化和結(jié)合）的比例。
B. 跨代表觀遺傳CG-DMCs在基因和轉(zhuǎn)座元件（TEs）上的分布。
B. Col-0和ros1中高甲基化跨代表觀遺傳CG-DMRs百分比。
C. Col-0和ros1中跨代表觀遺傳CG-DMRs DNA甲基化模式熱圖。
圖4：在正常生長(zhǎng)條件下植物跨代表觀遺傳CG-DMRs表征
A. 基于基因組特征對(duì)跨代表觀遺傳CG-DMRs進(jìn)行注釋。
B. Col-0和ros1中跨代表觀遺傳CG-DMRs與隨機(jī)選擇區(qū)域的GC含量比率。每個(gè)基因型的五個(gè)CG-DMRs合并分析。隨機(jī)選擇區(qū)域與合并的CG-DMRs具有相同的長(zhǎng)度分布。
C. Col-0和ros1中跨代表觀遺傳CG-DMRs中G和C的比例。使用隨機(jī)選擇的區(qū)域作為對(duì)照。所使用的區(qū)域是CG-DMR中點(diǎn)周圍±2kb側(cè)翼區(qū)域。
參考文獻(xiàn)：
Tang K, Zhu X, Xie S, Lang Z, Zhu JK. Transgenerational increases in DNA methylation in Arabidopsis plants defective in active DNA demethylation. Proc Natl Acad Sci U S A. 2024 May 28;121(22):e2320468121. doi: 10.1073/pnas.2320468121. PubMed PMID: 38768356.
2024年5月20日，南方科技大學(xué)朱健康院士團(tuán)隊(duì)在《PNAS》 (Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America)雜志上發(fā)表題為“Transgenerational increases in DNA methylation in Arabidopsis plants defective in active DNA demethylation”的研究成果，該研究以模式生物擬南芥為研究對(duì)象，通過WGBS等分析揭示了DNA去甲基化酶ROS1突變導(dǎo)致基因組水平上DNA甲基化水平逐代升高。研究表明了ROS1在阻止隨機(jī)形成的DNA甲基化的跨代遺傳、維持表觀基因組穩(wěn)定中發(fā)揮重要監(jiān)控功能。本研究對(duì)理解基因組DNA甲基化的進(jìn)化以及生存環(huán)境如何通過表觀遺傳影響后代具有重要意義。
標(biāo)題：Transgenerational increases in DNA methylation in Arabidopsis plants defective in active DNA demethylation（在主動(dòng)DNA去甲基化缺陷的擬南芥植物中，DNA甲基化的跨代增加）
影響因子：IF 9.4 /Q1
技術(shù)平臺(tái)：WGBS
研究摘要：
本研究分析了從單粒種子后代連續(xù)繁殖10代（G1-G10）的野生型和ros1突變體擬南芥植物在正常和鹽脅迫兩種生長(zhǎng)條件下主動(dòng)發(fā)生的DNA甲基化跨代變化。分析結(jié)果揭示了主動(dòng)DNA去甲基化功能缺失的ros1突變體顯示出增加的跨代表觀遺傳突變率。與野生型相比，ros1突變體在個(gè)別胞嘧啶上獲得的甲基化比丟失的甲基化要多，而野生型則在主動(dòng)獲得和丟失的甲基化胞嘧啶數(shù)量上相似。同樣的，跨代表觀遺傳差異甲基化區(qū)域在ros1突變體中也表現(xiàn)出高甲基化。本研究結(jié)果揭示了ROS1 DNA去甲基化酶對(duì)跨代表觀遺傳穩(wěn)定性的遺傳貢獻(xiàn)，并表明ROS1可能具有防止跨代DNA甲基化增加的意外監(jiān)控功能。
研究方法：
樣本選擇：Col-0 野生型和 ros1 突變體，正常和鹽脅迫條件下從單粒擬南芥種子連續(xù)繁殖10代（G1-G10），每一代創(chuàng)建5個(gè)獨(dú)立株系。通過WGBS分析G1-G10的差異甲基化位點(diǎn)（DMCs）和差異甲基化區(qū)域（DMRs）。
結(jié)果圖形：
圖1：研究的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與跨代差異甲基化位點(diǎn)（DMC）分析：
B. 在正常生長(zhǎng)條件下，鑒定出的G1與后代（G10）之間跨代DMCs數(shù)量。
C. 每個(gè)基因型的CG表觀遺傳突變率。
D. 每個(gè)基因型中跨代高甲基化差異位點(diǎn)hyper-DMCs百分比。
E. 不位于ros1 G1高甲基化差異區(qū)域（hyper DMRs）中的跨代甲基化差異位點(diǎn)DMCs（高甲基化、低甲基化和結(jié)合）的比例。
圖2：在正常生長(zhǎng)條件下植物跨代CG-DMCs表征
A. 基于基因組特征對(duì)跨代表觀遺傳CG-DMCs進(jìn)行注釋。B. 跨代表觀遺傳CG-DMCs在基因和轉(zhuǎn)座元件（TEs）上的分布。
圖3：跨代表觀遺傳CG-DMRs的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)和熱圖：
A. Col-0和ros1中跨代表觀遺傳CG-DMRs數(shù)量。B. Col-0和ros1中高甲基化跨代表觀遺傳CG-DMRs百分比。
C. Col-0和ros1中跨代表觀遺傳CG-DMRs DNA甲基化模式熱圖。
圖4：在正常生長(zhǎng)條件下植物跨代表觀遺傳CG-DMRs表征
B. Col-0和ros1中跨代表觀遺傳CG-DMRs與隨機(jī)選擇區(qū)域的GC含量比率。每個(gè)基因型的五個(gè)CG-DMRs合并分析。隨機(jī)選擇區(qū)域與合并的CG-DMRs具有相同的長(zhǎng)度分布。
C. Col-0和ros1中跨代表觀遺傳CG-DMRs中G和C的比例。使用隨機(jī)選擇的區(qū)域作為對(duì)照。所使用的區(qū)域是CG-DMR中點(diǎn)周圍±2kb側(cè)翼區(qū)域。
圖5：在正常生長(zhǎng)條件下，Col-0和ros1中跨代表觀遺傳CG-DMR周圍不同組蛋白修飾信號(hào)分布。
參考文獻(xiàn)：
Tang K, Zhu X, Xie S, Lang Z, Zhu JK. Transgenerational increases in DNA methylation in Arabidopsis plants defective in active DNA demethylation. Proc Natl Acad Sci U S A. 2024 May 28;121(22):e2320468121. doi: 10.1073/pnas.2320468121. PubMed PMID: 38768356.
標(biāo)簽：
DNA甲基化
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