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表观遗传调控机制,是一种不依赖于DNA序列变化的可遗传的调节基因功能的方式。虽然表观遗传学近年来受到越来越多的研究者的关注,然而,我们对于它在进化中所扮演的角色仍然知之甚少,其中一个重要的原因是缺少表观遗传水平变异在种群之间分布的相关资料。在植物中存在一类24nt长的小分子干扰RNA(small interfering RNA,siRNA),24nt siRNA可以通过介导DNA甲基化和(或)组蛋白修饰来起始和帮助维持其靶基因的沉默状态并进一步影响该基因的表达情况。
在本文中我们报道,在模式生物拟南芥(Arabidopsis thaliana)中,一簇24nt长的siRNA在生态型Landsberg erecta(Ler)中处于较高丰度时可以指导FLOWERINGLOCUSC(FLC)基因启动子区的DNA甲基化和异染色质化,而同样的区域(DNA序列几乎完全相同)在生态型Columbia(Col)中,由于该区域24ntsiRNA丰度较低,不能被介导产生类似的沉默修饰。突变体检测显示,在生态型Ler中的这种DNA甲基化是依赖于多个已知的沉默通路上的相关基因,并且可以通过杂交的方式以不同的渗透程度从Ler传递给Col。我们公共数据库中存在的Col和Ler小分子RNA大规模测序结果进行了全基因组水平生物信息学分析,至少发现了68个位点存在特异性的在Ler中相对于Col高丰度的24nt siRNA簇,进一步的甲基化分析显示在Ler中88%的被检测位点(37/42)特异性的处于甲基化状态,而在Col中处于非甲基化状态,该数据有力地支持了24nt siRNA在介导种间表观遗传水平差异中的重要作用。
我们的发现显示在拟南芥的不同生态型之间可以存在大量的由small RNA介导的表观遗传修饰差异,这类差异很可能在生物进化和分化中起重要的作用。