DNA甲基化在精神分裂症中的作用:研究进展及挑战（英文）

精神分裂症是一种异质性精神障碍,目前多数学者认为该病由遗传及环境风险因子共同致病.传统的遗传学研究识别了一些精神分裂症的候选基因,然而,外显率及比值比较低,以及可重复性较差,使得这些候选基因在精神分裂症发病机制中的角色受到限制.精神分裂症的流行病学研究发现了一些可能与该病相关的环境风险因子,但仍受到方法学的限制以及互相矛盾的流行病学调查结果的困扰.目前,在环境与基因中间起调解作用的表观遗传学,可能在精神分裂症的发病机制中起重要作用.DNA甲基化是最稳定且研究最深入的一种表观遗传学修饰.本文简要介绍DNA甲基化机制,主要评述精神分裂症中基因组及特异位点如候选基因Reelin与COMT甲基化研究现状,以及DNA甲基化在精神分裂症中的研究困境.     

DNA甲基化数据的可视化分析

DNA甲基化作为一种重要的表观遗传修饰,在生长发育、基因调控、染色质结构、分子印记以及许多疾病中起着至关重要的作用.随着各种测序技术的不断发展产生了大量的DNA甲基化数据,对其数据进行分析是目前DNA甲基化研究的一个热点和难点.目前针对于DNA甲基化数据的研究主要体现在基因组的局部区域上,而针对全基因组的分析则无法直观表现.为了更加直观的分析同一位点不同修饰信号的DNA甲基化数据间的差别,本文采用了一种专门针对表观遗传研究的数据库—WashU Epigenome Browser,针对人类表观遗传学药物数据库(HEDD)中的疾病数据,可视化的分析不同修饰信号间的差异并用数据波峰图来解释说明.     

水稻苗期形态性状的QTL定位

采用苗期形态性状上有着明显差异的粳稻Asominori和籼稻IR24杂交产生的重组自交系（RILs）为材料,经营养液培养后,对水稻苗期形态相关的6个数量性状：最大根长（MRL）、苗高（SH）、根干重（RDW）、茎（叶）干重（SDW）、总重（TW）以及根/茎（叶）干重比（RSR）进行了数量性状位点（QTL）定位分析.结果共检测到影响6个形态性状的8个QTL位点,分别位于水稻的第2,4,10和11染色体上,其贡献率为9.79%～22.90%.并发现位于第4染色体上的控制根/茎（叶）干重比的qRSR-4和根干重的qRDW-4的2个位点以及位于第10染色体上的控制茎（叶）干重的qSDW-10和总重的qTW-10的2个位点分别位于同一分子标记区间.研究结果对水稻苗期形态性状QTL的精细定位及培育理想株型具有一定的应用价值.     

基因表达的数量性状基因座分析技术

近年来,人们将遗传学中的数量性状基因座(QTL)定位分析技术和基因组学研究中的基因表达(expression)分析技术联合运用,形成一种新的分析手段,称为"遗传基因组学"[1],即基因表达的数量性状基因座(eQTL)分析技术。与传统QTL技术不同的是,此种分析技术将基因表达水平视为复杂数量性状,进行遗传连锁分析,试图研究基因表达的遗传基础。多项研究揭示:许多基因mRNA水平的差异是可遗传的数量性状[2,4,8,10,11],这使得对其进行遗传连锁分析成为可能;eQTL分为顺式作用eQTL和反式作用eQTL,前者是指某基因调节自身所在基因组区域的mRNA水平的差异,后者是指某基因调节其他基因组区域的mRNA水平的差异,而对反式作用eQTL的分析可以找到控制基因表达的上游候选调控基因,从而使得建立基因表达调控通路成为可能。     

稻米垩白与直链淀粉含量的数量性状位点及其相互关系研究

用七丝占/外选35重组自交系(Recombinant inbred lines,简称RILs群体)为材料,对控制稻米垩白和直链淀粉含量的数量性状位点(QTLs)及其相互关系进行了分析. 共检测到2个控制直链淀粉含量的QTLs,位于第6染色体上;在第2和第6染色体上检测到4个与稻米垩白有关的QTLs,说明稻米垩白和直链淀粉含量两个性状均为多基因控制的数量性状. 通过对稻米垩白与直链淀粉含量的表型相关分析和条件性状分析表明,稻米垩白与直链淀粉含量间存在一定程度的正相关关系.     

鞍带石斑鱼、棕点石斑鱼及其杂交子代DNA甲基化的MSAP分析

为了探究海洋鱼类杂交优势的产生机制,以鞍带石斑鱼、棕点石斑鱼及其杂交子一代石斑鱼为研究对象,采用甲基化敏感扩增多态性(MSAP)技术对三个群体的基因组DNA的胞嘧啶甲基化修饰水平进行了研究.实验结果显示,棕点石斑鱼、鞍带石斑鱼、杂交子一代石斑鱼的基因组DNA的总甲基化率分别为57.18%,63.16%,54.76%,在石斑鱼亲本的基因组中,其DNA的甲基化程度较高,而在杂交子代中,其DNA的甲基化程度较低.三个群体的DNA全甲基化率分别为31.66%,39.71%,40.00%,半甲基化率分别为25.52%,23.44%,14.76%,杂交子代的半甲基化率显著低于亲本的半甲基化率.研究表明,鞍带石斑鱼与棕点石斑鱼的杂交子代在基因组层面上和双亲相比发生了较大的甲基化水平的调整,于不同位点,DNA甲基化的增强或减弱对石斑鱼杂种优势可能会产生影响.     

动态复杂性状遗传结构研究的统计模型

许多重要的农艺性状、生物学和生物医学性状都是数量性状,这些性状在不同的发育阶段发生变化,并表现出复杂的动态特征。针对这些动态性状,传统的遗传作图方法是通过在不同的年龄或发育阶段利用遗传标记与表型性状进行关联分析,并比较这些性状在不同发育阶段的差异,或者通过进行不同阶段的多位点作图进行分析。然而,这些方法并不能确切地反映整个发育过程和动态特点,这使得对性状遗传结构的推测受到限制。要克服这一困难,函数作图将为动态性状的遗传学研究提供一条有效的途径。函数作图综合了生物学机制的数学特性和性状遗传作图的统计学特点,结合统计模型、遗传学和发育生物学的函数作图策略,力求解决诸如发育的遗传控制模式、QTL的持续效应以及引起发育过程中启动和终止的遗传机制等问题。笔者提出的函数作图策略将提供一个研究基因作用及互作与发育模式之间有效的量化检测平台。     

BoxCox变换对数量性状基因座位检测效率的影响

数量基因位点(quantitative trait loci, QTL)分析是利用图位法克隆控制数量性状主效基因的前提和基础 。采用BoxCox公式进行数据正态转换对提高QTL分析效率有显著作用。笔者以杨树为实例显示了BoxCox公式在数据正 态转变中的应用及数量性状表型分布对QTL分析的影响。结果发现,数据是否符合正态分布对发现控制数量性状的基 因位点有显著影响。如果不对性状的表型值进行分布检测并进行正态转变,可能无法发现某些有显著效应的遗传位 点。通过比对转化前后QTL分析的LOD值变化曲线得知,曲线变化的趋势在转化前后是一致的,曲线上各个小峰的位 置也是稳定的,但转化后LOD峰值显著提高。如第4染色体上,转化前后LOD值变化曲线上在40~60、80~100及130~150 cm区间均有3个独立峰值出现,数据转化后对应峰值升高,其中第1个峰的峰值约增加3倍,数据转化后该峰值LOD支 持度达到了极显著水平,显示该位置存在一个控制该性状的较强的遗传位点。第8染色体上也出现相似的情况。     

基于病例对照组的检验差异甲基化基因功能区域的方法

DNA甲基化是一种重要的表观遗传学修饰,能够参与基因表达调控从而影响生理活动.在病例-对照组研究中,利用甲基化水平定位与疾病相关联的基因功能区域,有助于了解甲基化调控基因表达的机制,为后续研究提供疾病关联基因的线索.目前检验甲基化差异区域的方法存在一定不足:一是缺乏定义差异甲基化区域的统一标准;二是检测结果存在横跨多个基因功能区域的现象,难以进行生物学解释.本文基于得分检验(Zscore test)提出了以基因功能区域为单位的检验差异甲基化水平的方法cZST.该方法的特点是依靠位点物理距离和染色体全局信息修正协方差矩阵.模拟研究表明cZST在亚硫酸氢盐测序数据样本量小、读数低、扰动位点多的情形下具有高功效,且优于现有方法.将cZST运用到乳腺导管癌真实数据中,检测出与疾病显著相关的661个基因功能区和81个单位点.基因注释分析说明了cZST方法的有效性,并发现Dbl、Pleckstrin基因家族及Rho调控基因的甲基化与乳腺导管癌紧密相关,为后续研究提供指引.     

蚂蚁社会缘何等级森严分工细致——我研究人员发现是DNA甲基化调控影响

由纽约大学医学院、华大基因等单位联合完成的蚂蚁DNA甲基化研究成果8月22日在《细胞》杂志子刊《当代生物学》上发表。该研究首次从全基因组单核苷酸水平上探究了蚂蚁的DNA甲基化与其社会等级分化之间的关系,并深入解析了蚂蚁DNA甲基化的特征,为蚂蚁的社会行为学等研究奠定了重要遗传学基础,对了解人类社会行为及衰老机制具有重要参考价值。     

昆虫DNA甲基化研究进展

DNA甲基化作为重要的表观遗传修饰，在动植物生长发育过程中发挥着重要作用，一直是表观遗传学的研究热点.然而，有关DNA甲基化在昆虫生长发育及环境响应过程中的功能及调控机制尚不明确.针对目前已鉴定到的昆虫DNA甲基转移酶的种类及其结构、DNA甲基化作用方式及调控机制、昆虫DNA甲基化相关研究方法等进行综述，以期为后续深入了解昆虫及其他节肢动物的表观遗传调控机制提供参考.     

MSAP在水稻害虫白背飞虱中的应用研究

甲基化敏感的扩增多态性分析方法 (MSAP)是在扩增片段长度多态性技术基础上建立起来的主要用来检测样品基因组DNA甲基化情况的一种方法,特别适用于全基因组范围内检测CCGG位点的胞嘧啶甲基化情况,在高等动物和许多植物上已广泛应用,但尚未有在昆虫中应用该方法的报道。从DNA提取、酶切基因组DNA用量、酶切和接头连接时间、电泳图谱显影方法等方面对MSAP方法进行了改进,并在水稻重要害虫白背飞虱上得到成功应用。这为将来在其它昆虫中使用该方法研究基因组DNA甲基化情况提供了一定借鉴和指导价值。且通过比较白背飞虱雌雄性别间和长短翅型间的MSAP图谱,发现雌雄性别间和长短翅型间的基因组DNA甲基化式样都存在明显的差异,说明DNA甲基化可能参与了性别和翅型分化的调节。     

控制水稻剑叶形态相关性状的数量基因位点(QTL)的定位

水稻籽粒中一半以上的碳水化合物来自剑叶的光合作用,剑叶形态改良一直是水稻株型育种的一个重要目标．利用一个日本主要种植的粳稻品种越光（轮回亲本）和一个印度的籼稻品种Kasalath杂交产生的回交重组自交系群体（backcross recombinant inbred lines,BILs）对剑叶形态中的3个主要性状（剑叶长、叶宽以及其叶面积）进行了相关分析及其数量基因位点（quantitative trait loci,QTL）的定位．研究表明,控制剑叶形态的3个主要性状间存在极显著的正相关,并检测到影响3个性状的8个QTL,分布在第1,3,4,6条染色体上,贡献率介于4．94％～22．07％,其中第4染色体上C1016标记和第6染色体上C556标记附近的共有6个QTL,其两侧的紧密分子标记在水稻株型分子育种上具有一定应用价值．     

DNA去甲基化特征、功能及其在节肢动物中的研究现状

DNA甲基化作为表观遗传学中重要的修饰方式之一,其动态变化对生物生长发育和适应环境的能力具有显著影响.其中,DNA去甲基化途径在动物的发育、脑可塑性、基因组印记以及由环境胁迫引起的转录调控中有着重要作用.本文首先对DNA去甲基化的作用机制以及功能进行综述;其次,对其在节肢动物中的研究现状进行了介绍;最后进行总结和今后研究的展望.     

表观遗传因子在不同基因组区域的分布模式研究

应用人类CD4阳性T细胞表观遗传因子高通量定位、DNA甲基化修饰和基因表达谱数据,对基因启动子、外显子和内含子区域间的表观遗传因子分布模式进行了分析;同时,研究了不同基因组区域基因表达状态与表观遗传因子分布模式的内在关系,并应用功能富集分析阐释了表观遗传因子协同调控模式与基因功能的相关性.结果表明:DNA甲基化等表观遗传因子的分布模式在启动子、外显子和内含子区域间存在显著差异,并且表观遗传因子分布模式与基因表达状态密切相关.DNA甲基化与其他表观遗传因子间存在组合调控,拥有特定调控模式的相关基因与人类CD4阳性T细胞所行使的免疫系统过程、免疫应答、白细胞活性和淋巴细胞活性等生物学功能显著相关.     

恐惧记忆的DNA甲基化机制研究进展

综述了在恐惧记忆发生过程中DNA甲基化可能的作用机制,指出了中枢神经系统DNA甲基化的改变可以调控基因转录和海马神经发生,甚至通过精子DNA甲基化水平的改变传递给后代,从而参与恐惧记忆的表观遗传修饰.临床研究表明:人类确实存在创伤后应激障碍的代际遗传现象,结合分子生物学的研究成果.探讨了未来有望在创伤后应激障碍等精神疾病诊治上取得的进展.     

基于位置关联性打分方程的人类转录因子结合位点的预测(英文)

转录因子结合位点的识别是阐明基因转录调控机制的重要环节,准确的转录因子结合位点的预测算法将有助于人们识别转录因子的目标基因,进而研究转录因子结合位点在上游调控区中的位置对转录调控的影响.然而,目前存在的预测转录因子结合位点的算法所得结果的特异性普遍较低,因此有必要提出一种新的有效的预测转录因子结合位点的算法.本文利用JASPAR数据库上的数据,在深入分析转录因子结合位点生物学特征的基础上,构建了考虑位点保守性和伪计数的位置关联性打分方程.预测结果表明,在最佳阈值之下,该算法对转录因子结合位点的假阳率低于0.01%.     

影响小麦加工品质数量性状位点的研究

以M5和M16为亲本构建的重组自交系为材料,对影响小麦加工品质性状的数量性状位点（QTL）进行了研究．检测了群体中籽粒硬度、蛋白质含量、SDS沉降值、拉伸面积等品质性状,它们在群体中呈近似正态的连续分布,为多基因控制的数量性状．利用43个SSR标记和42个AFLP标记构建了相关染色体的分子连锁图．在1A、5D、6D染色体上分别检测到与籽粒硬度相关的QTL各1个,其中位于染色体5D上的Xgwn190对表型变异的贡献率最大,达62．5％,为主效基因;在1B和6A染色体上分别检测到与蛋白质含量相关的QTL各1个,它们对表型变异的贡献率分别为13．2％和15．6％;在染色体1B和3B上分别检测到与SDS沉降值相关的QTL各1个,贡献率最大（10．2％）的一个QTL位于3B染色体上靠近E37M61—286的区域;在1A、3B、5D染色体上分别检测到与拉伸面积相关的QTL各1个,其中5D染色体上的Xgwn190对表型的贡献率最大,为11．5％．     

基于位置关联性打分方程的果蝇转录因子结合位点的预测

转录因子结合位点的识别是阐明基因转录调控机制的重要环节,准确的转录因子结合位点的预测算法将有助于人们识别转录因子的目标基因,进而研究转录因子结合位点在上游调控区中的位置对转录调控的影响.然而,目前存在的预测转录因子结合位点的算法所得结果的特异性普遍较低,因此有必要提出一种新的有效的预测转录因子结合位点的算法.本文利用JASPAR数据库上的数据,在深入分析转录因子结合位点生物学特征的基础上,构建了考虑位点保守性和伪计数的位置关联性打分方程,并对果蝇转录因子结合位点进行预测,预测结果的假阳率均低于0.02%.     

宫颈癌中CALCA基因甲基化与HPV16-E7致癌蛋白表达的依存关系

 选择HPV16 阳性宫颈癌细胞和RNAi 技术,研究CALCA 基因甲基化与HPV16-E7 致癌蛋白表达的依存关系。构建慢病毒siRNA 重组表达载体,建立稳定表达HPV16-E7-siRNA 的RNAi 细胞模型。以SiHa 细胞和RNAi 细胞模型的基因组DNA 为对象,选择CALCA 基因启动子区富含CpG 岛屿的目标片段,使用亚硫酸氢盐测序法（bisulfite sequencing PCR,BSP）筛查分析,研究RNAi 抑制HPV16-E 7 表达后,CALCA 基因甲基化状态的可逆性程度。选出CALCA 基因启动子区富含CpG 位点的目标片段,其大小为365 bp,含有19 个CpG 岛屿,发现其中13 个CpG 位点的胞嘧啶在SiHa 细胞基因组DNA 中发生了甲基化（13/19）,而在表达HPV16-E7-siRNA 的RNAi 细胞模型中,所有CpG 位点的甲基化已发生逆转（0/19 位点）。本研究从细胞水平证明了宫颈癌细胞内的CALCA 基因启动子高甲基化对HPV16-E7 致癌蛋白表达有依赖性,为进一步研究E7 蛋白的作用及致癌机制奠定了重要的物质基础。