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甲基化谱案例展示

案例分析一 (团队成员发表)

猕猴早期着床前胚胎发育DNA甲基化谱

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

一、研究背景

灵长类胚胎发生的关键表观遗传调控需要DNA系统发生变化。在本该研究中,我们首先建立了基于转座酶的微量细胞全基因组DNA甲基化测序技术(T-WGBS),基于这一技术,我们详细地研究了猕猴早期着床前胚胎的DNA甲基化动态变化过程。

二、研究方法

1、取材:猕猴(M. mulatta)胚胎植入前7个阶段

SpermOocytesZygotes2-cell8-cellMorulaICM

2、测序:微量全基因组甲基化测序(T-WGBS)

单细胞转录组测序(scRNA-Seq)

3、验证:qRT-PCR: 基因表达差异

4、功能:Knockdown敲低:dnmt3adnmt3b

三、研究结果

1) 在受精时,父本和母本基因组都经历活跃的DNA去甲基化,并且全基因组的新DNA甲基化也在同一时期开始;

2) 8细胞阶段,重新甲基化比去甲基化更加明显,导致整体DNA甲基化水平增加;

3) CpG位点的甲基化变化在合子期及桑椹胚时期也呈现出了再甲基化的特点;

4) 与啮齿动物不同,在猴子植入前的胚胎发育过程中没有观察到X染色体失活;

5) 再甲基化过程是在全基因组水平同时伴随着DNA去甲基化过程,DNA甲基化酶和去甲基化酶的空间特异性表达是造成这一现象的潜在机制;

6) DNA甲基转移酶功能缺失实验表明DNA甲基化影响猴早期胚胎发育;

7) 通过与人早期着床前胚胎DNA甲基化数据比较,发现人早期胚胎发育的DNA去甲基化过程也伴随着再甲基化的现象,揭示在灵长类早期胚胎发育中是一个保守的机制。

四、研究结论

研究首次全面阐明了DNA甲基化动力学的“盈与亏”阶段特征。通过DNA甲基转移酶功能缺失实验表明DNA甲基化影响早期猴胚胎发育。

  

          图1. 猴子植入前胚胎发育过程中的DNA甲基化谱&父源和母源基因组DNA发生积极的去甲基化过程     图2. 胚胎植入前的发育过程伴随着去甲基化和重新甲基化事件


    

 图3. 通过不同时期成对比较揭示CpG甲基化的发展变化图             图4. 小鼠和猴在着床前胚胎发生过程中DNA甲基化动力学不同

案例分析二

种子发育和萌发过程中DNA甲基化谱

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

一、研究背景

与动物不同的是,植物可以作为休眠种子暂停其生命周期。DNA甲基化参与基因表达和基因组完整性的调控。在动物胚胎发育过程中重新编程会擦除并重新建立DNA甲基化。然而,在植物中这种重新编程的认识一直局限于花粉和中心细胞。为了更好地了解植物体胚胎的表观遗传重组,我们比较了干燥和发芽种子的不同时间的发育甲基化谱。

二、研究方法

1、取材:拟南芥的胚胎发育和萌发不同阶段样本

2、测序:全基因组甲基化测序(WGBS)

转录组测序(RNA-Seq)

3、验证:

4、功能:

三、研究结果

1) 不同时间序列的全基因组甲基化测序显示,在种子发育过程中发生大量的CHH甲基化,而在发芽过程中发生剧烈的CHH去甲基化, 甲基化的这些动态变化主要发生在可转座元件内;

2) 种子发育过程中的主动DNA甲基化依赖于RNA导向的DNA甲基化和异染色质形成途径,而种子萌发过程中的全局去甲基化则是被动的;

3) 在种子发育后期启动一个活跃的DNA去甲基化事件。

四、研究结论

该研究为种子发育和萌发过程中的动态DNA甲基化重编程提供了新的见解及可能的调控机制,观察到的连续甲基化/去甲基化周期表明DNA甲基化在种子休眠中的重要作用。

   

                                 图1.种子发育和萌发过程中全基因组甲基化谱           图2.种子发育和萌发过程中的动态表观遗传重构图       3.在种子发育过程中RdDM和CMT2依赖的转座子高甲基化

  
4.发芽种子中DNA甲基化/去甲基化和沉默途径相关基因表达水平图     5.发芽过程中的被动去甲基化图               6. 种子萌发过程中转座子CHH甲基化的变化









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