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PLOS Genet:单分子测序技术助力原核生物DNA甲基化研究

来源:生物谷 2016-04-14 15:17

图片来源:medicalxpress.com

2016年4月14日 讯 /生物谷BIOON/ --近日,刊登在国际杂志PLoS Genetics上的一项研究论文中,来自美国能源部联合基因组研究院的研究人员对230种古细菌和细菌基因组进行了测序,旨在研究DNA甲基化在原核生物中所扮演的关键角色。

细胞的表观基因组是基因组DNA特殊剪辑发生改变的一个特殊集合,这些表观基因组的改变会影响基因组的实际用途,而表观基因组的产生和变化一般是通过化学修饰而引发的。深入剖析地球微生物表观基因组的多样性或可帮助科学家深入理解微生物在地球营养循环中的作用,同时也可以利用基因组的调节系统来进行能量和环境相关领域的研究。

DNA甲基化是一种常见的表观基因组改变,其通常是真核生物用来调节基因表达的一种过程,比如维持特殊基因持续表达等;然而诸如细菌和古细菌等原核生物实际上也存在甲基化的DNA,但DNA甲基化的过程以及其在单细胞有机体中的功能目前研究人员并不清楚。

这项研究中,研究人员就对230种细菌和古细菌细胞基因组中的DNA甲基化模式进行了研究,他们在215种(95%)细菌和古细菌中发现了DNA甲基化的证据,而这些研究证据就可以使研究者对促进DNA甲基化的600种酶进行注释,DNA甲基化的修饰酶是细胞中限制-修饰系统的关键部分。

通过对表观遗传学改变的图谱进行绘制及特性进行分析,研究人员就可以将靶向基因同环境适应性及代谢活性相联系起来,对基因表达控制的深入理解或可改善研究人员对众多细菌和古细菌的鉴定和特性分析;此外本文研究对于后期研究微生物群落同植物及其它微生物之间的相互作用也提供了新的思路和研究依据。(生物谷Bioon.com)

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The Epigenomic Landscape of Prokaryotes

Matthew J. Blow , Tyson A. Clark, Chris G. Daum, Adam M. Deutschbauer, Alexey Fomenkov, Roxanne Fries, Jeff Froula, Dongwan D. Kang, Rex R. Malmstrom, Richard D. Morgan, Janos Posfai, Kanwar Singh, Axel Visel, [ ... ], Richard J. Roberts

 

DNA methylation acts in concert with restriction enzymes to protect the integrity of prokaryotic genomes. Studies in a limited number of organisms suggest that methylation also contributes to prokaryotic genome regulation, but the prevalence and properties of such non-restriction-associated methylation systems remain poorly understood. Here, we used single molecule, real-time sequencing to map DNA modifications including m6A, m4C, and m5C across the genomes of 230 diverse bacterial and archaeal species. We observed DNA methylation in nearly all (93%) organisms examined, and identified a total of 834 distinct reproducibly methylated motifs. This data enabled annotation of the DNA binding specificities of 620 DNA Methyltransferases (MTases), doubling known specificities for previously hard to study Type I, IIG and III MTases, and revealing their extraordinary diversity. Strikingly, 48% of organisms harbor active Type II MTases with no apparent cognate restriction enzyme. These active ‘orphan’ MTases are present in diverse bacterial and archaeal phyla and show motif specificities and methylation patterns consistent with functions in gene regulation and DNA replication. Our results reveal the pervasive presence of DNA methylation throughout the prokaryotic kingdoms, as well as the diversity of sequence specificities and potential functions of DNA methylation systems.

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