核酸研究:在水稻非B型DNA二级结构鉴定和功能分析方面取得新进展

来源：南京农业大学2022-03-08 13:40

最近，南京农业大学农学院张研究组发表了一篇题为“核酸研究中I基序的全基因组特征及其在可转化元件的稳定性和进化中的潜在作用”的论文。

最近，南京农业大学农学院张研究组在核酸研究中发表了一篇题为“I基序的全基因组表征及其在水稻可转换元件的稳定性和进化中的潜在作用”的研究论文。本研究首次通过建立I-motif (iM-IP-seq)方法，在全基因组水平上鉴定了水稻DNA中I-motif(iM)位点的分布，并揭示了其序列特征。研究了该结构与DNA胞嘧啶甲基化的关系及其对转座子活性的影响。

在基因组中，除了DNA典型的右旋双螺旋(B型)结构外，还有许多非B型的DNA二级结构，如R-环、G-四链体(G4)和I-基序等。越来越多的研究结果表明，非B型DNA的二级结构包含着重要的调控信息。通过二级结构的形成和开放，快速响应体内外环境信号的变化，参与一系列重要的生物过程。I-motif富含胞嘧啶(c)序列，在人类、动物和植物基因组中普遍存在。近年来，相关研究结果表明，i-motif在维持人类基因组结构的稳定性、DNA复制、基因转录和翻译等生物过程中发挥着重要作用。特别是I基序普遍存在于人类肿瘤基因的启动子区域，与肿瘤基因的表达密切相关，从而为药物基因组学提供了一类新的抗癌靶点。因此，对I基序生物学功能的研究已成为人类和动物调控的一个新的研究热点。然而，到目前为止，还没有关于植物基因组中I基序及其生物学功能的基因组学研究的详细报道。

本研究基于特异性识别i-motif的iMab抗体，成功建立了iM-IP-seq组学方法，并通过免疫沉淀反应结合二代测序法绘制了水稻i-motif分布图。发现I基序主要分布在水稻基因组的启动子和5’UTR区域。部分i-motif分布在染色质开放区，具有潜在的调控元件功能。

通过进一步分析DNA甲基化对I-基序结构形成的影响，本研究发现I-基序中DNA甲基化水平较低，但适度的DNA甲基化有利于I-基序的稳定，DNA甲基化对I-基序稳定性的影响与胞嘧啶甲基化的程度和位置有关，二者之间呈现出复杂的关系。

结合栽培稻亚种、野生稻的转座子数据和DNA甲基化数据，本研究发现活性转座子具有形成i-motif结构的高潜力，并伴有CG和CHG的低甲基化。这表明I基序和DNA甲基化共同影响转座子的稳定性。

本研究为在全基因组水平上识别I基序提供了新的基因组学方法，将有助于系统研究I基序的序列特征、表观修饰和生物学功能，从而为植物基因表达调控提供新的研究思路。(100yiyao.com)

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