基于DNA序列、结构及表观遗传信息的酵母复制起始位点的预测与实验研究

The DNA replication is critical in cell cycle，cell developing and in cancer．To ensure the fidelity inheritance of the genetic material，DNA replication is tightly regulated．Although eukaryotic genome is very large，it can initiate its DNA replication at many initiation sites on chromosome．So the initiation of DNA replication is a critically regulated progress in DNA replication．Initiation of DNA replication is dependent on the interaction of DNA and protein.A model using machine learning method would be developed to predict initiation of DNA replication based on DNA sequence,DNA strcture and epigenetics information.The model can be used to predict new replication initiation of minichromsome Ⅲ.The predicted replication initiation of minichromsome Ⅲ was tested by ChIP-Seq .The revised model can be used to predict the origin of replication in other eukaryotes .These research have laid the foundation to explore the selection mechanism of the eukaryotic replication origin .

DNA复制是细胞周期、细胞发育和癌症形成过程中的关键事件，而DNA复制起始又是真核生物复制调控的重要环节。DNA复制起始依赖于DNA序列和DNA与蛋白质相互作用的结果。本项目基于DNA序列、结构特征及表观遗传信息利用多样性增量结合二次判别的机器学习方法发展复制起始点的预测模型；并将此模型推广用于芽殖酵母无复制起始点的Ⅲ号染色体变异衍生物minichromsomeⅢ复制起始点的预测；采用ChIP-Seq 的方法检验复制起始点；模型经过修正后可以试验推广预测其它真核生物的复制起始点，为探讨真核生物复制起始点的选择机制奠定基础。

DNA复制是细胞周期、细胞发育和癌症形成过程中的关键事件，而DNA复制起始又是真核生物复制调控的重要环节。DNA复制起始依赖于DNA序列和DNA与蛋白质相互作用的结果，同时也受表观遗传信息的调控。该项目主要研究内容如下：.① 通过统计酵母高活性及低活性复制起始区的组蛋白修饰情况，发现低活性ARS区组蛋白修饰分布没有规律，而高活性ARS区下游600bp处，除H2BK16Ac、H3K4me3、H3K9Ac、H4K16Ac等修饰外均有高的修饰，可能在复制起始点的下游较上游有更重要的调控。.②基于DNA序列、结构特征及表观遗传信息，利用SVM、多样性增量结合二次判别等机器学习方法发展真核生物复制起始点的预测模型（包括芽殖酵母、裂殖酵母、拟南芥）。发现芽殖酵母及裂殖酵母的复制起始区与非复制起始区的序列信息差异主要储存在于WS语言，而依据同样的序列特征，预测拟南芥的复制起始区的精度不如酵母的预测精度高，表明在植物中复制起始区的序列可能与酵母的保守序列不尽相同。.③采用两步替换法构建了ARS315缺失突变体，结合Bogenschutz et al 课题组工作，表明酵母ARS除复制起始外可能还有其他功能，很难通过同源重组的方法获得所有ARS缺失突变体；酵母ARS的选择比较随机，灵活性较大。.④采用两步替换法构建了组蛋白H3/H4定点突变菌株，并利用该菌株检测了组蛋白修饰对DNA复制起始蛋白表达的影响，发现特定位点组蛋白的甲基化、乙酰化修饰均会不同程度影响复制起始相关蛋白的表达，进而调控复制起始。.⑤除此之外，在项目执行过程中还对酿酒酵母组蛋白H3/H4特定位点修饰功能进行了检测，通过倍比稀释筛选发现H4K5R菌株对重金属镍有较强的抗性，对5mM Ni2+胁迫下的H4K5R菌株的转录组进行测序及生理生化指标测定，并对CWI途径的基因表达进行检测，发现H4K5R菌株较野生型菌株受镍胁迫时，细胞内ROS明显少，CWI途径中Swi4、Rlm1、Rho1基因均上调。至于H4K5R菌株如何应对重金属镍的胁迫需进一步研究。