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植物新核酸表观修饰为智能育种提供新思路

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  近日,中国农业科学院生物技术研究所谷晓峰课题组受邀在《分子植物(Molecular Plant)》杂志发表了综述文章,对近年来植物DNA和RNA的新表观遗传修饰进行了系统性的介绍,并展望了未来的育种应用。

  表观遗传是指在不改变DNA、RNA或蛋白序列的情况下,发生可遗传的基因表达变化。甲基化在DNA和RNA上均可发生,参与生长发育、基因表达调控、响应环境信号等多个方面,是生物性状多样性的基础。近年来,检测技术和高通量测序的发展推动了DNA腺嘌呤甲基化和mRNA甲基化作为新表观遗传修饰的研究热潮。目前,以表观遗传理论和技术为中心的智能设计育种体系为培育作物优良品种提供了全新途径。

  文章首先系统总结了基于液质联用质谱、三代单分子测序法等检测核酸甲基化的新技术和方法,并对拟南芥和水稻的转录组水平表观修饰位点分布、修饰的动态变化、甲基化酶复合体的功能及进化做了详细的总结和分析。同时,文章总结了DNA 腺嘌呤甲基化在植物中的分布规律和功能,阐述了腺嘌呤甲基化是植物响应外界环境新的表观遗传信号,具有敏感性、多样性和动态响应特点。与DNA 胞嘧啶甲基化在基因表达调控中的进展相比,植物中腺嘌呤甲基化功能认识仍处于初级阶段。文章提出为了进一步了解DNA 腺嘌呤甲基化的调控机制,关键一步是鉴定出甲基转移酶,去甲基化酶和结合蛋白。

  DNA腺嘌呤甲基化和mRNA修饰的进展拓展了植物表观遗传研究领域,但其生物学功能及分子机制还有待进一步阐明。目前,基于合成生物学理论的表观调控已在人类细胞中应用,植物表观遗传结合合成生物学的研究将不仅促进对新核酸修饰功能的深入了解,而且还将有助于实现智能设计育种,为创制智能适应性作物提供可能。

  该研究得到国家重大专项、国家自然科学基金、中国农科院科技创新工程等项目资助。(通讯员 崔艳)

  原文链接:https://www.cell.com/molecular-plant/fulltext/S1674-2052(19)30404-6

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