基于BSseq的拟南芥基因的生物信息学研究
基于BSseq的拟南芥基因的生物信息学研究[20200614171647]
摘要：DNA 甲基化修饰在生物体内的基因表达调节方面起着重要作用, 进而起到补充遗传密码的作用。本实验以北半球30株野生型拟南芥全基因甲基化组的为原始数据，通过生物信息学方法对组成型表达基因Cpi1及抗寒相关基因的调控基因 Eskimo1基因的甲基化程度进行了分析，结果证明基因Cpi1编码区及启动子区域的甲基化数及区段分布较稳定，无显著差异，且主要集中分布在启动子与外显子区域。而且Eskimo1基因的启动子区域甲基化数与环境温度呈负相关
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^3^5`1^9`1^6^0`7^2#
关键字:拟南芥；BS-seq；DNA甲基化;基因表达调控；甲基化分析
目录
摘要................................................................1
关键词..............................................................1
Abstract............................................................1
Key word............................................................1
引言................................................................2
1 材料与方法........................................................3
1.1 实验材料........................................................3
1.2 筛选野生型拟南芥................................................3
1.3 获取拟南芥全基因组BS-seq数据...................................4
1.4 获取cpi1参考基因序列...........................................4
1.5 BS-Seq数据的预处理..............................................4 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^3^5`1^9`1^6^0`7^2#
r /> 1.6 BS-Seq 读序列的比对获得各位点甲基化率...........................5
1.7 统计30株拟南芥的甲基化位点数量.................................6
2 结果与分析........................................................6
2.1 每株野生型各位点的甲基化率（以SRX248613为例）..................6
2.2 cpi基因甲基化分析...............................................7
2.3 Eskimo1基因甲基化分析...........................................8
3 讨论..............................................................9
3.1 Cpi1基因可能是组成型表达基因....................................9
3.2 Eskimo1基因可能是抗寒基因的负调节基因...........................9
3.3 下一步的计划 ...................................................9
参考文献............................................................9
致谢...............................................................10
基于BS-seq的拟南芥基因的生物信息学研究
引言
表观遗传学是研究基因的核苷酸序列不发生改变的情况下，基因表达了可遗传的变化的一门遗传学分支学科[4]。表观遗传的现象很多，已知的有DNA甲基化（DNA methylation），基因组印记 （genomic imprinting），母体效应 （maternal effects），基因沉默 （gene silencing），核仁显性 ，休眠转座子 激活和RNA编辑 （RNA editing）等[1]。
DNA甲基化是一种表观遗传修饰，它是由S-腺苷甲硫氨酸作为甲基供体，通过DNA甲基转移酶（DNA methyl-transferase, Dnmt）催化将胞嘧啶转变为5-甲基胞嘧啶（ *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^3^5`1^9`1^6^0`7^2#
mC），在真核生物DNA中，唯一存在的化学性修饰碱基是5-甲基胞嘧啶，最主要的甲基化位点是CG二核苷酸[3]，存在高甲基化、低甲基化和非甲基化的区域，呈不均匀分布，在哺乳动物中mC约占C总量的2－7％。总的说来，DNA的甲基化会抑制基因的表达[7]。DNA的甲基化对基因印记和肿瘤的发生发展、X染色体的失活、维持染色体的结构都起重要的作用。
研究表明，高等植物基因组中大约有6% ~25%的胞嘧啶发生甲基化修饰,而在脊椎动物细胞基因组中有2% ~ 7% 的胞嘧啶发生甲基化修饰[23]。由于CG 双核苷酸在植物DN A 中所占的比率达3%~4%[20]，在动物DNA 中只占0.5%~1%，而且动物细胞中大部分的胞嘧啶甲基化只发生在CG 双核苷酸位点，而植物在CG、CNG( N 代表任意核苷酸)和CHH(H代表A,C或T)位点均表现广泛的胞嘧啶甲基化。说明植物细胞中的胞嘧啶甲基化水平要比动物高得多,发生的几率也要高[2]。
在植物中,DNA甲基化的生物学作用主要体现在基因表达调控和维持基因组的稳定性两个大方面[6]。DNA 甲基化通过两种方式影响基因的表达, 一是直接影响, 即DNA 的甲基化直接干扰了转录活化因子与DNA的结合, 从而使转录无法正常进行; 二是间接影响, 在甲基化DNA 上结合有特异蛋白质, 或称为甲基CpG 结合蛋白, 这些蛋白质能与转录因子竞争甲基化DNA 结合位点, 结合蛋白质将在甲基化的DNA 上形成一个多蛋白质复合体, 该复合体将引起染色体组蛋白乙酰化的改变, 导致转录的抑制[10]。基因的甲基化可抑制基因的表达，当基因处于表达状态时甲基化水平往往很低，随着生长发育的进行需要将该基因关闭，就会在该基因的启动子或编码区发生重新甲基化，使基因转录受到抑制，基因失活，从而终止其表达[18]。而一些处于关闭状态的基因因生长发育的需要要进行活化，开启表达，在基因的活化过程中, 某些因素识别甲基化的序列，导致该基因的启动子区域去甲基化, 去甲基化的启动子有利于同某种反式作用因子相互作用，使得启动子区域的染色质偏离正常的高级结构，变得对DNAse? 高度敏感，这时基因进一步活化，直到转录表达开始启动，这样植物就可以在不同的环境条件和不同的生育期调控基因的时空表达[17]。
摘要：DNA 甲基化修饰在生物体内的基因表达调节方面起着重要作用, 进而起到补充遗传密码的作用。本实验以北半球30株野生型拟南芥全基因甲基化组的为原始数据，通过生物信息学方法对组成型表达基因Cpi1及抗寒相关基因的调控基因 Eskimo1基因的甲基化程度进行了分析，结果证明基因Cpi1编码区及启动子区域的甲基化数及区段分布较稳定，无显著差异，且主要集中分布在启动子与外显子区域。而且Eskimo1基因的启动子区域甲基化数与环境温度呈负相关
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关键字:拟南芥；BS-seq；DNA甲基化;基因表达调控；甲基化分析
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摘要................................................................1
关键词..............................................................1
Abstract............................................................1
Key word............................................................1
引言................................................................2
1 材料与方法........................................................3
1.1 实验材料........................................................3
1.2 筛选野生型拟南芥................................................3
1.3 获取拟南芥全基因组BS-seq数据...................................4
1.4 获取cpi1参考基因序列...........................................4
1.5 BS-Seq数据的预处理..............................................4
r /> 1.6 BS-Seq 读序列的比对获得各位点甲基化率...........................5
1.7 统计30株拟南芥的甲基化位点数量.................................6
2 结果与分析........................................................6
2.1 每株野生型各位点的甲基化率（以SRX248613为例）..................6
2.2 cpi基因甲基化分析...............................................7
2.3 Eskimo1基因甲基化分析...........................................8
3 讨论..............................................................9
3.1 Cpi1基因可能是组成型表达基因....................................9
3.2 Eskimo1基因可能是抗寒基因的负调节基因...........................9
3.3 下一步的计划 ...................................................9
参考文献............................................................9
致谢...............................................................10
基于BS-seq的拟南芥基因的生物信息学研究
引言
表观遗传学是研究基因的核苷酸序列不发生改变的情况下，基因表达了可遗传的变化的一门遗传学分支学科[4]。表观遗传的现象很多，已知的有DNA甲基化
DNA甲基化是一种表观遗传修饰，它是由S-腺苷甲硫氨酸作为甲基供体，通过DNA甲基转移酶（DNA methyl-transferase, Dnmt）催化将胞嘧啶转变为5-甲基胞嘧啶（ *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^3^5`1^9`1^6^0`7^2#
mC），在真核生物DNA中，唯一存在的化学性修饰碱基是5-甲基胞嘧啶，最主要的甲基化位点是CG二核苷酸[3]，存在高甲基化、低甲基化和非甲基化的区域，呈不均匀分布，在哺乳动物中mC约占C总量的2－7％。总的说来，DNA的甲基化会抑制基因的表达[7]。DNA的甲基化对基因印记和肿瘤的发生发展、X染色体的失活、维持染色体的结构都起重要的作用。
研究表明，高等植物基因组中大约有6% ~25%的胞嘧啶发生甲基化修饰,而在脊椎动物细胞基因组中有2% ~ 7% 的胞嘧啶发生甲基化修饰[23]。由于CG 双核苷酸在植物DN A 中所占的比率达3%~4%[20]，在动物DNA 中只占0.5%~1%，而且动物细胞中大部分的胞嘧啶甲基化只发生在CG 双核苷酸位点，而植物在CG、CNG( N 代表任意核苷酸)和CHH(H代表A,C或T)位点均表现广泛的胞嘧啶甲基化。说明植物细胞中的胞嘧啶甲基化水平要比动物高得多,发生的几率也要高[2]。
在植物中,DNA甲基化的生物学作用主要体现在基因表达调控和维持基因组的稳定性两个大方面[6]。DNA 甲基化通过两种方式影响基因的表达, 一是直接影响, 即DNA 的甲基化直接干扰了转录活化因子与DNA的结合, 从而使转录无法正常进行; 二是间接影响, 在甲基化DNA 上结合有特异蛋白质, 或称为甲基CpG 结合蛋白, 这些蛋白质能与转录因子竞争甲基化DNA 结合位点, 结合蛋白质将在甲基化的DNA 上形成一个多蛋白质复合体, 该复合体将引起染色体组蛋白乙酰化的改变, 导致转录的抑制[10]。基因的甲基化可抑制基因的表达，当基因处于表达状态时甲基化水平往往很低，随着生长发育的进行需要将该基因关闭，就会在该基因的启动子或编码区发生重新甲基化，使基因转录受到抑制，基因失活，从而终止其表达[18]。而一些处于关闭状态的基因因生长发育的需要要进行活化，开启表达，在基因的活化过程中, 某些因素识别甲基化的序列，导致该基因的启动子区域去甲基化, 去甲基化的启动子有利于同某种反式作用因子相互作用，使得启动子区域的染色质偏离正常的高级结构，变得对DNAse? 高度敏感，这时基因进一步活化，直到转录表达开始启动，这样植物就可以在不同的环境条件和不同的生育期调控基因的时空表达[17]。
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