玉米新着丝粒DNA甲基化研究

The centromere is an important chromosomal region, and plays important roles in meiosis and mitosis. In our previous studies, some de novo centromeres were found in maize, and classified into two groups (gene enriched or transposon enriched) based on the sequence composition. Our previous work showed that the level of DNA methylation increases in inactive B centromere, indicates DNA methylation may play important roles in centromere function. However, what’s the status of the DNA methylation in de novo centromere is still unclear. In this study, Dp3a and sDic15 were selected as representative of two groups de novo centromere in maize, and root and leaf under different development stages of them were processed by CENH3 chromatin immunoprecipitation (ChIP) integrated bisulfite sequencing (BS-Seq). The DNA methylation level would be calculated for different de novo centromeres and theirs control, and the relationship of DNA methylation in different tissues under different development stages would also be compared. This study will shed light on the mechanism of de novo centromere formation by providing data resources and research thought.

着丝粒是染色体重要的组成部分，在细胞有丝分裂和减数分裂过程中起重要作用。申请人所在实验室之前的研究发现了若干个玉米新着丝粒材料，按其序列组成可分为基因富集和转座子富集两类新着丝粒。我们的研究也发现玉米B染色体着丝粒的失活伴随有DNA甲基化升高的现象，表明DNA甲基化可能在着丝粒功能维持中起重要作用，但新着丝粒形成过程中DNA甲基化如何变化仍不清楚。本研究将选择两类新着丝粒材料中的典型代表Dp3a和sDic15，采用CENH3免疫共沉淀法(ChIP)富集着丝粒区DNA，再通过亚硫酸盐高通量测序技术(BS-Seq)获得两种材料不同发育阶段下根和叶组织的DNA甲基化数据。通过BS-Seq数据分析，探讨不同类型新着丝粒形成过程中DNA甲基化的变化规律，同时比较不同组织和时期中新着丝粒DNA甲基化修饰水平，为揭示新着丝粒形成机制提供数据基础和研究思路。

着丝粒是染色体重要的组成部分，在细胞有丝分裂和减数分裂过程中起重要作用。申请人所在实验室之前的研究发现了若干个玉米新着丝粒材料，按其序列组成可分为基因富集和转座子富集两类新着丝粒。有研究表明玉米B染色体着丝粒的失活伴随有DNA甲基化升高的现象，表明DNA甲基化可能在着丝粒功能维持中起重要作用，但新着丝粒形成过程中DNA甲基化如何变化仍不清楚。CenH3是研究功能着丝粒的重要分子标记，许多研究报导了非着丝粒区存在CenH3富集，但是原因和形成机制仍不清楚。..本研究将选择本实验室发现的两类新着丝粒材料中的典型代表Dp3a(常染色质区新着丝粒)和sDic15(异染色质区新着丝粒)，并结合目前国际同行发表的相关研究材料Telo3-3(B染色体新着丝粒材料), OMA3和neoM3(燕麦玉米附加系材料)为基础。采用CenH3免疫共沉淀法(ChIP)富集着丝粒区DNA，再通过亚硫酸盐处理结合高通量测序技术(BS-Seq)获得这些材料ChIP-Seq数据和DNA甲基化数据。..我们首先探索了玉米全染色体上CenH3的分布规律，发现非着丝粒区存在CenH3富集位点，定义了73个共有峰簇(Common Peaks Cluster, CPC)。同时从序列特征(基因比例、重复序列比例、GC含量和拷贝数)，组蛋白修饰样式(CenH3、IgG、Mnase及相对富集比例)角度分析，发现了CPC与着丝粒序列和修饰相似的特点。结合我们的新着丝粒材料和相关文章中报导的材料进行联合分析，发现新着丝粒多起源于CPC区域或临近的位置。采用比较基因组学分析玉米和高粱着丝粒区单拷贝序列，发现玉米非着丝粒区最大的两个CPC可能起源于高粱染色体融合后形成玉米中残留的失活古着丝粒。..本研究通过CenH3 ChIP结合BS-Seq数据分析，发现了玉米新着丝粒形成的规律，发现的这些CPC可以作为新着丝粒形成的热点，为研究人工染色体工程，大片段功能基因导入，以及作物染色体改造提供了理论基础。