脊椎动物中基因组印迹的进化起源和功能的初步研究

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基因组印迹是一种导致特定基因根据亲本来源进行单等位基因表达的表观遗传现象,这些特定基因称为印迹基因。印迹基因亲本差异性的表观遗传修饰建立于配子发生期间并在胚胎发育期间一直维持。在哺乳动物中,基因组印迹造成父母本基因组的不等性和互补性而限制单性生殖。目前仅在有花植物和胎生哺乳动物中检测到基因组印迹,因而基因组印迹的进化起源长期以来一直是研究者感兴趣的重要课题,然而其具体的进化机制以及生物学功能目前仍很不清楚。   先前的人工雌核发育实验表明,在二倍体鱼类中也存在一定程度的父母本基因组的不等性和互补性,且转入的外源基因还表现出亲本差异性甲基化,提示低等脊椎动物中有可能存在类似基因组印迹的现象。金鱼和彭泽鲫同为鲫鱼的两个亚种,然而前者为两性生殖二倍体,后者为单性生殖多倍体,为研究基因组印迹的进化起源提供了良好的实验系统。本研究分析了不同生殖方式和染色体倍性鱼类中notail(nt1)基因的甲基化情况及其与基因表达的关系,并对其中的分子机制进行了初步研究,所得主要结果如下:   1)ntl近端启动子CpG岛在两性生殖二倍体金鱼卵子中高度甲基化,精子中不甲基化;而在单性生殖多倍体彭泽鲫卵子中完全不甲基化。   2)金鱼中ntl母源特异性甲基化导致了父母本等位基因在胚胎发育早期的表观遗传不对称性;但与哺乳动物印迹基因不同,ntl母源甲基化在受精后逐渐去除并在囊胚中期完全去甲基化,从原肠晚期开始父母本等位基因均又重新甲基化而不再存在差别。   3)金鱼ntl父源非甲基化等位基因在2细胞期即开始转录,母源甲基化等位基因在卵裂期不转录,说明母源特异性甲基化抑制了其转录而导致了父母本等位基因在胚胎发育早期功能的不等性和互补性,具有限制单性生殖的功能。   4)两性生殖二倍体斑马鱼中,ntl也表现出母源特异性甲基化和在胚胎发育早期表观遗传的不对称性和父母本等位基因功能的不等性和互补性。   5)金鱼和彭泽鲫ntl上游启动子存在一段缺陷型串联重复序列(TG)n差异,金鱼较之彭泽鲫多出约110bp,且(TG)n在斑马鱼ntl启动子相应位置也同样存在,其长度与金鱼中的相当。表明这一重复序列在进化上的保守性,有可能在DNA甲基化过程中发挥作用。   6)在斑马鱼中利用TALEN诱导产生多种(TG)n突变类型,建立了在基因组中靶向突变串联重复序列的技术。   本研究提示基因组印迹起源于最低等的脊椎动物,具有限制单性生殖的功能,与脊椎动物祖先基因组加倍后的二倍化和生殖方式转换过程有关。靶向突变串联重复序列技术的建立为分析这类序列在基因组中的生物学功能提供了基础。  
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