玉米异染色质纽(Knob)形成的表观遗传机制及进化分析

Heterochromatin plays an important role in the regulation of gene expression and chromosome structure and function. Maize knobs have been found to be highly polymorphic in both size and number across different strains, but the mechanism of Knob formation and function is still not very clear. Our preliminary results indicate that epigenetic inheritance regulated the Knob formation. In this study, following treatment with inhibitors of epigenetic enzymes and cold stress, Immuno-FISH、ChIP-PCR and Southern Blot will be used to comparatively analyze structure, epigenetic modifications and transcription of Knob in different strains and tissues, and analyze the evolution of Knob in Maize germplasm resources. This study aims to reveal Knob associated chromatin remodeling factors, histone modifications and DNA methylation, and clarify epigenetic mechanism of Knob formation and its structure and function. It also will increase comprehending the function of Knob in the revolution of maize genome and lay a theoretical foundation for improvement of maize with chromosome engineering.

异染色质在基因的表达调控、维持染色体的结构和功能等方面发挥重要作用。异染色质纽(Knob)是玉米中一个重要元件，Knob数目和大小在玉米资源中差异很大，目前对Knob形成的机制和功能还不是很清楚。我们前期初步研究结果表明Knob的形成受到表观遗传的调控，在此基础上，本项目拟采用Immuno-FISH、ChIP-PCR、Southern Blot等手段，结合表观修饰酶抑制剂等处理，比较分析有Knob和无Knob的玉米材料及不同组织器官中Knob的构型、表观修饰、转录的变化；以及种质资源中Knob的进化关系。本研究旨在揭示Knob和与之关联的染色质重塑因子、组蛋白修饰和DNA甲基化相互作用形成的表观遗传网络系统，阐明Knob形成的表观遗传机制及其结构与功能，将加深人们对玉米染色质结构尤其是Knob结构在植物基因组进化中作用的认识，为染色体工程改良玉米奠定一定的理论基础。

异染色质在基因的表达调控、维持染色体的结构和功能等方面发挥重要作用。异染色质纽(Knob)是玉米中一个重要元件，其数目和大小在玉米资源中差异很大。我们在研究中调查了不同玉米自交系、杂交种、野生近缘种Knob的分布，可以了解我国玉米种质资源中knob的分布与演化特征，促进玉米种质资源在玉米育种中合理的开发和利用。我们发现在低温胁迫过程中，DNA甲基化含量降低，H3K9ac含量升高，诱导了Knob的转录，我们猜测其转录本有可能会产生long non coding RNA，进而去调控其他基因，这有待进一步的研究。在玉米根尖细胞分化过程中，根尖分生区Knob染色质部位很少会形成Knob（即纽状结构），而成熟区较多，研究发现Knob 染色质发生了重塑，由松散状态变为了凝缩状态，并且DNA甲基化含量升高。这些研究将揭示Knob和与之关联的那些参与染色质重塑因子、组蛋白修饰和DNA甲基化相互作用形成的表观遗传网络系统，阐明Knob的结构与功能，加深人们对玉米染色质结构尤其是Knob结构以及在植物基因组进化中的作用的认识，为染色体工程改良玉米奠定一定的理论基础。