WGBS enthüllt den dynamischen DNA-Methylierungsumsatz in Pflanzen

Einführung

Bei einigen Eukaryoten tritt die DNA-Methylierung in den kodierenden Regionen von Genen auf und wird als Genkörper-Methylierung (GbM) bezeichnet. Obwohl die Rolle der DNA-Methylierung bei der Stummschaltung von Transposons und repetitiver DNA gut charakterisiert ist, ist die Genkörper-Methylierung nicht mit einer Transkriptionsrepression verbunden, und ihre biologische Bedeutung ist unbekannt.

WGBS-Service

Whole-Genome-Bisulfid-Sequenzierung (WGBS) kann die Methylierungslevels aller einzelnen Cytosinbasen (C-Basen) auf genomweiter Ebene genau erfassen und ist der Goldstandard für Studien zur DNA-Methylierung. Unser WGBS-Service kann wichtige technische Unterstützung für das Studium der spatiotemporalen und zeitlich spezifischen Modifikationen der genomischen DNA-Methylierung bieten und kann breit in der Untersuchung der Mechanismen von Lebensprozessen, wie individueller Entwicklung, Alterung und Krankheit, eingesetzt werden. WGBS ist auch die erste Wahl für die Methylierungsabbildung in verschiedenen Arten.

Technische Vorteile:

• Breites Anwendungsspektrum: geeignet für Methylierungsstudien aller Arten mit bekannten Referenzgenomen.
• Genomweite Abdeckung: Maximierung des Zugangs zu vollständigen genomweiten Methylierungsinformationen und präzise Erstellung von Methylierungskarten.
• Einzelbasenauflösung: Der Methylierungsstatus jeder C-Basis kann präzise analysiert werden.

Dynamische DNA-Methylierungsumsätze in Pflanzen

Diese Studie wurde an der Modellpflanze durchgeführt. Arabidopsis thaliana und zeigte, dass dynamische Veränderungen der DNA-Methylierung im Genkörper von Pflanzen mit einer erhöhten Plastizität der Genexpression durch Multi-Omics-Analysen, einschließlich WGBS, EM-seq, und RNA-SeqDiese Studie zeigt einen neu identifizierten Typ von Genkörper-Methylierung (GbM) in Pflanzen, der der konstitutiven Hinzufügung und Entfernung dynamischer Methylierungsmodifikationen in allen Zellen, einschließlich der Keimbahn, unterliegt.

Zwei verschiedene Arten von Genkörper-Methylierung (GbM) im Arabidopsis-Genom. (Williams et al., 2023)

Die dynamische GbM-Genenmethylierung wird durch den Demethylierungsweg einer Familie von pflanzenspezifischen DNA-Demethylasen (kollektiv als DRDDasen bekannt) entfernt und durch eine unbekannte Quelle der de novo-Methylierung (höchstwahrscheinlich durch die Erhaltungs-Methyltransferase MET1) hinzugefügt.

Dynamische GbM-Gene zeigen Methylierungsheterogenität in allen Zell- und Gewebetypen. (Williams et al., 2023)

Die Analyse zeigt, dass der dynamische GbM-Zustand in homologen Genen aus verschiedenen Linien existiert, die sich über mehr als 100 Millionen Jahre erstrecken, was auf eine evolutionäre Erhaltung hinweist.

Evolutionäre Erhaltung des dynamischen GbM-Zustands. (Williams et al., 2023)

Im Gegensatz zu anderen Genkörper-Methylierungsgenen ist dynamische GbM eng mit der Präsenz von Promotoren oder regulatorischen Chromatinzuständen innerhalb von Genen verbunden. Dynamische GbM war mit einer erhöhten Plastizität der Genexpression unter Entwicklungs- und unterschiedlichen physiologischen Bedingungen assoziiert, während stabil methylierte GbM-Gene eine reduzierte Plastizität aufwiesen. Dynamische GbM-Gene zeigen reduzierte Dynamik in drdd-Mutanten, was auf eine ursächliche Beziehung zwischen DNA-Demethylierung und erhöhter Plastizität der Genexpression hindeutet.

Dynamisches GbM ist mit einer erhöhten Plastizität der Genexpression verbunden. (Williams et al., 2023)

Referenz:

1. Williams, Clara J., et al. "Dynamische DNA-Methylierungsumsätze in Genkörpern sind mit einer erhöhten Plastizität der Genexpression in Pflanzen verbunden." Genomik Biologie 24.1 (2023): 227.