ISSN1000-3061CN11-1998Q生物工程学报 Chin J Biotech 为了更好地利用外源DNA以及防止外源要条件时。关于植物生殖细胞是如何传递和继承 NA的入侵,生物本身不仅能够合成限制性内切DNA甲基化的也是需要进一步研究的重点。 酶对外源DNA进行酶切,还可以在自身DNA上 在DNA甲基化对果实发育的研究中发现番茄 相应的限制酶切位点进行甲基化修饰以维持其果实从裂开期到成熟红色期,甲基化水平升高 DNA完整性。此外,植物可以通过特殊的识别机当控制番茄果实发育基因的Cnr位点( Colorless 制判断外源DNA并将其甲基化来抑制外来 DNA non- ripening)发生DNA超甲基化时就会抑制番 的表达,从而减少外源DNA表达带来的危害。茄果实的成熟。此外,Wang等即研究还发现 综上所述,DNA甲基化可通过多种方式维持植物番茄果实成熟过程中的转录因子也受到DNA甲基 基因组稳定性。 化的调控,指出DNA甲基化可以通过影响转录因 3DNA甲基化对植物生长发育的作用 子多拷贝基因调控番茄果实成熟的发育。但是在其 他果实尤其是非呼吸跃变型果实中,DNA甲基化 不同时间、空间和组织中DNA甲基化表达的是否参与调控果实成熟及其调控机制还不清楚 变化是植物正常生长发育的必要条件,且甲基化水 平随着植物生长发育的进程和环境条件的改变而4DNA甲基化与植物胁迫 发生变化。异常的DNA甲基化状态会直接导致植 植物基因组DNA甲基化状态会响应生物和 株生长发育的异常,刘琼瑶等发现矮生观赏杉非生物胁迫,植物可以调整相关基因的表达状态 木的木质部DNA甲基化水平(63.52%)显著低于以应对不良的生长环境,并且由胁迫引起的大多 野生型(6751%,且矮生观赏杉木中参与促分裂 数DNA甲基化变异在世代间可稳定遗传。 原活化蛋白激酶(MAPK)级联途径的蛋白磷酸 酶IBR5( Indole-3- butyric acid response 5)基因启4.1DNA甲基化在非生物胁迫中的作用 动子区域的甲基化水平上升,推测甲基化程度的降 外界不良的环境条件如干旱、热害、冷害、 低与杉木矮生变异类型的产生有一定联系。 盐害和重金属等非生物胁迫能够诱导植物基因组 DNA甲基化的降低还可以促进植物的开花。 NA甲基化水平发生动态的变化,因此推测DNA 通过对菊花 Chrysanthemum morifolium进行甲基化是调控植物防御基因的重要因子之一。 5-azaC处理降低其甲基化水平,发现处理植株的 干旱胁迫下,水稻植株DNA甲基化水平升 开花时间提前,而其他表型性状未受影响。此高,且具有一定品种特异性和时空特异性,参与 外还发现植物能够通过DNA甲基化调控植株育抗旱胁迫性反应的DNA序列在基因编码区和非 性的表达。在亚棉A花药败育过程中,基因组编码区中CCG位点发生甲基化的概率基本相 DNA甲基化程度明显升高,推测花药败育可能受等,且非编码区以启动子区甲基化为主。袁溢 到DNA甲基化的影响。然而在小麦花药发育等通过对干旱胁追后人工合成甘蓝型油菜进 中DNA甲基化水平呈下降趋势,其中通过化杀剂行甲基化敏感多态性分析,发现其甲基化和去甲 诱导得到的不育系(1376-CIMS)可以通过外施基化水平均发生了显著的变化,推测植物的甲基 DNA甲基化抑制剂处理来恢复育性。新的研究化变化有利于提高植物的抗旱能力。但甲基化在 证实,DNA甲基化不仅在动物发育过程中被广泛植物适应长期干旱胁迫的调控机制尚不清楚。Ⅹu 重新编程,而且在开花植物生殖细胞内也经历甲基等以苹果抗旱品种“秦冠”和不抗旱品种“蜜脆 化重编程,并且甲基化重编程是细胞行使功能的必为材料,解析了苹果的甲基化组图谱,并从全基 http://jourmals.im.ac.cn/cjbenISSN 1000-3061 CN 11-1998/Q 生物工程学报 Chin J Biotech http://journals.im.ac.cn/cjbcn 842 为了更好地利用外源 DNA 以及防止外源 DNA 的入侵，生物本身不仅能够合成限制性内切 酶对外源 DNA 进行酶切，还可以在自身 DNA 上 相应的限制酶切位点进行甲基化修饰以维持其 DNA 完整性。此外，植物可以通过特殊的识别机 制判断外源 DNA 并将其甲基化来抑制外来 DNA 的表达，从而减少外源 DNA 表达带来的危害[26]。 综上所述，DNA 甲基化可通过多种方式维持植物 基因组稳定性。 3 DNA 甲基化对植物生长发育的作用 不同时间、空间和组织中 DNA 甲基化表达的 变化是植物正常生长发育的必要条件，且甲基化水 平随着植物生长发育的进程和环境条件的改变而 发生变化。异常的 DNA 甲基化状态会直接导致植 株生长发育的异常[27-28]。刘琼瑶等发现矮生观赏杉 木的木质部 DNA 甲基化水平 (63.52%) 显著低于 野生型 (67.51%)，且矮生观赏杉木中参与促分裂 原活化蛋白激酶 (MAPK) 级联途径的蛋白磷酸 酶 IBR5 (Indole-3-butyric acid response 5) 基因启 动子区域的甲基化水平上升，推测甲基化程度的降 低与杉木矮生变异类型的产生有一定联系[29]。 DNA 甲基化的降低还可以促进植物的开花。 通过对菊花 Chrysanthemum morifolium 进 行 5-azaC 处理降低其甲基化水平，发现处理植株的 开花时间提前，而其他表型性状未受影响[30]。此 外还发现植物能够通过 DNA 甲基化调控植株育 性的表达。在亚棉 A 花药败育过程中，基因组 DNA 甲基化程度明显升高，推测花药败育可能受 到 DNA 甲基化的影响[31]。然而在小麦花药发育 中 DNA 甲基化水平呈下降趋势，其中通过化杀剂 诱导得到的不育系 (1376-CIMS) 可以通过外施 DNA 甲基化抑制剂处理来恢复育性[32]。新的研究 证实，DNA 甲基化不仅在动物发育过程中被广泛 重新编程，而且在开花植物生殖细胞内也经历甲基 化重编程，并且甲基化重编程是细胞行使功能的必 要条件[33]。关于植物生殖细胞是如何传递和继承 DNA 甲基化的也是需要进一步研究的重点。 在 DNA 甲基化对果实发育的研究中发现番茄 果实从裂开期到成熟红色期，甲基化水平升高[34]。 当控制番茄果实发育基因的 Cnr 位点 (Colorless non-ripening) 发生 DNA 超甲基化时就会抑制番 茄果实的成熟[35]。此外，Wang 等[36]研究还发现 番茄果实成熟过程中的转录因子也受到 DNA 甲基 化的调控，指出 DNA 甲基化可以通过影响转录因 子多拷贝基因调控番茄果实成熟的发育。但是在其 他果实尤其是非呼吸跃变型果实中，DNA 甲基化 是否参与调控果实成熟及其调控机制还不清楚。 4 DNA 甲基化与植物胁迫 植物基因组 DNA 甲基化状态会响应生物和 非生物胁迫，植物可以调整相关基因的表达状态 以应对不良的生长环境，并且由胁迫引起的大多 数 DNA 甲基化变异在世代间可稳定遗传。 4.1 DNA 甲基化在非生物胁迫中的作用 外界不良的环境条件如干旱、热害、冷害、 盐害和重金属等非生物胁迫能够诱导植物基因组 DNA 甲基化水平发生动态的变化，因此推测 DNA 甲基化是调控植物防御基因的重要因子之一。 干旱胁迫下，水稻植株 DNA 甲基化水平升 高，且具有一定品种特异性和时空特异性，参与 抗旱胁迫性反应的 DNA 序列在基因编码区和非 编码区中 CCGG 位点发生甲基化的概率基本相 等，且非编码区以启动子区甲基化为主[37]。袁溢 等[38]通过对干旱胁迫后人工合成甘蓝型油菜进 行甲基化敏感多态性分析，发现其甲基化和去甲 基化水平均发生了显著的变化，推测植物的甲基 化变化有利于提高植物的抗旱能力。但甲基化在 植物适应长期干旱胁迫的调控机制尚不清楚。Xu 等[39]以苹果抗旱品种“秦冠”和不抗旱品种“蜜脆” 为材料，解析了苹果的甲基化组图谱，并从全基