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甲基化譜案例展示

案例分析一 (團隊成員發表)

獼猴早期著床前胚胎發育DNA甲基化譜

De novo DNA methylation during monkey pre-implantation embryogenesis. Cell Research. 2017;27:526-539. (IF=14.812)

一、研究背景

靈長類胚胎發生的關鍵表觀遺傳調控需要DNA系統發生變化。在本該研究中,我們首先建立了基于轉座酶的微量細胞全基因組DNA甲基化測序技術(T-WGBS),基于這一技術,我們詳細地研究了獼猴早期著床前胚胎的DNA甲基化動態變化過程。

二、研究方法

1、取材:獼猴(M. mulatta)胚胎植入前7個階段

SpermOocytesZygotes2-cell8-cellMorulaICM

2、測序:微量全基因組甲基化測序(T-WGBS)

單細胞轉錄組測序(scRNA-Seq)

3、驗證:qRT-PCR: 基因表達差異

4、功能:Knockdown敲低:dnmt3adnmt3b

三、研究結果

1) 在受精時,父本和母本基因組都經歷活躍的DNA去甲基化,并且全基因組的新DNA甲基化也在同一時期開始;

2) 8細胞階段,重新甲基化比去甲基化更加明顯,導致整體DNA甲基化水平增加;

3) CpG位點的甲基化變化在合子期及桑椹胚時期也呈現出了再甲基化的特點;

4) 與嚙齒動物不同,在猴子植入前的胚胎發育過程中沒有觀察到X染色體失活;

5) 再甲基化過程是在全基因組水平同時伴隨著DNA去甲基化過程,DNA甲基化酶和去甲基化酶的空間特異性表達是造成這一現象的潛在機制;

6) DNA甲基轉移酶功能缺失實驗表明DNA甲基化影響猴早期胚胎發育;

7) 通過與人早期著床前胚胎DNA甲基化數據比較,發現人早期胚胎發育的DNA去甲基化過程也伴隨著再甲基化的現象,揭示在靈長類早期胚胎發育中是一個保守的機制。

四、研究結論

研究首次全面闡明了DNA甲基化動力學的“盈與虧”階段特征。通過DNA甲基轉移酶功能缺失實驗表明DNA甲基化影響早期猴胚胎發育。

  

          圖1. 猴子植入前胚胎發育過程中的DNA甲基化譜&父源和母源基因組DNA發生積極的去甲基化過程     圖2. 胚胎植入前的發育過程伴隨著去甲基化和重新甲基化事件


    

 圖3. 通過不同時期成對比較揭示CpG甲基化的發展變化圖             圖4. 小鼠和猴在著床前胚胎發生過程中DNA甲基化動力學不同

案例分析二

種子發育和萌發過程中DNA甲基化譜

Dynamic DNA methylation reconfiguration during seed development and germination. Genome Biol. 2017;15;18(1):171. (IF=11.313)

一、研究背景

與動物不同的是,植物可以作為休眠種子暫停其生命周期。DNA甲基化參與基因表達和基因組完整性的調控。在動物胚胎發育過程中重新編程會擦除并重新建立DNA甲基化。然而,在植物中這種重新編程的認識一直局限于花粉和中心細胞。為了更好地了解植物體胚胎的表觀遺傳重組,我們比較了干燥和發芽種子的不同時間的發育甲基化譜。

二、研究方法

1、取材:擬南芥的胚胎發育和萌發不同階段樣本

2、測序:全基因組甲基化測序(WGBS)

轉錄組測序(RNA-Seq)

3、驗證:

4、功能:

三、研究結果

1) 不同時間序列的全基因組甲基化測序顯示,在種子發育過程中發生大量的CHH甲基化,而在發芽過程中發生劇烈的CHH去甲基化, 甲基化的這些動態變化主要發生在可轉座元件內;

2) 種子發育過程中的主動DNA甲基化依賴于RNA導向的DNA甲基化和異染色質形成途徑,而種子萌發過程中的全局去甲基化則是被動的;

3) 在種子發育后期啟動一個活躍的DNA去甲基化事件。

四、研究結論

該研究為種子發育和萌發過程中的動態DNA甲基化重編程提供了新的見解及可能的調控機制,觀察到的連續甲基化/去甲基化周期表明DNA甲基化在種子休眠中的重要作用。

   

                                 圖1.種子發育和萌發過程中全基因組甲基化譜           圖2.種子發育和萌發過程中的動態表觀遺傳重構圖       3.在種子發育過程中RdDM和CMT2依賴的轉座子高甲基化

  
4.發芽種子中DNA甲基化/去甲基化和沉默途徑相關基因表達水平圖     5.發芽過程中的被動去甲基化圖               6. 種子萌發過程中轉座子CHH甲基化的變化









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