DNA甲基化[5-甲基环胞嘧啶(5MC)]是脊椎动物胚胎创世纪所需的抑制性基因调节标记。基因组5MC通过DNA甲基转移酶的作用严格调节,DNA甲基转移酶沉积了5MC和十个时期的易位(TET)酶,该酶通过形成5-羟基甲基霉素(5HMC)而参与其主动去除。TET酶对于哺乳动物的胃胃和椎间发育增强剂的激活至关重要。但是,迄今为止,缺乏对5HMC功能,丰度和基因组分布的清晰图像。通过使用基础分辨率5MC和5HMC定量,在海胆和叶片胚胎发生过程中,我们阐明了非脊椎动物5HMC和TET酶的作用。我们发现,这些无脊椎动物氘代表使用TET酶来靶向与发育基因相关的调节区域的脱甲基化,并表明鉴定出5HMC调节的基因的补充是对脊椎动物的保守的。这项工作表明,从调节区域中删除5MC是氘代表胚胎发生的共同特征,暗示了对主要基因调节模块的意外深层保护。
为了提高未来的农业生产,需要重大技术进步来提高作物的产量和单产。通过成簇的规律间隔短重复序列/CRISPR 相关蛋白 (CRISPR/Cas) 系统靶向基因的编码区已经很成熟,并能够快速产生无转基因植物,从而改善作物。CRISPR/Cas 系统的出现还使科学家能够实现顺式调控元件 (CRE) 编辑,从而设计内源性关键 CRE 来调节靶基因的表达。最近的全基因组关联研究已经确定了天然 CRE 变体的驯化以调节复杂的农学数量性状,并允许通过 CRISPR/Cas 系统对其进行工程改造。虽然工程植物 CRE 有利于驱动基因表达,但其实际应用仍存在许多限制。在这里,我们回顾了 CRE 编辑的当前进展,并提出了未来有效靶向 CRE 进行转录调控以改良作物的策略。
"The history of Biotech began in 2015, when we started talking about new technologies for agriculture, followed in 2016 by a shelving of the Parliament for this project, which started in 2018 and will end at the end of this year. Biodiversity is important, especially for those who work in biotechnology. Biodiversity is important and there are many useful forms, but it is not enough. In the past, biodiversity has been exploited, which gives rise to important mutations, such as the example of the nectarine, without hairs. Sometimes, however, nature is not enough to achieve the objectives we seek, such as resistance to parasites, capable of overcoming the limit of natural biodiversity for example against powdery mildew. A more resistant mutation for durum wheat, in which a gene from the soft variety was implanted, to have a greater yield and resistance. So specific mutations make the difference. This is where Biotech comes into play, latest-generation biotechnologies capable of generating mutations in specific points of the genome or of transferring genes between plants, applying genome editing and cisgenesis.基因组编辑是对特定碱基进行高精度突变,从而改变目标物种的基因。没有“外部”基因,而是编辑已经存在的基因。这意味着事后没有人能够证实生物多样性方面的差异。
如该拟议法律所附的解释性报告所述,该法案旨在更新分别自 2001 年(2001 年 3 月 12 日欧洲议会和理事会第 2001/18/EC 号指令)和 2003 年(2003 年 7 月 8 日第 224 号立法法令)起实施的有关转基因生物 (GMO) 的现行立法。事实上,科学已经开发出克服转基因机制的技术,转基因是通过在生物体的 DNA 中引入不同于生物体本身的 DNA 序列来创造生物体。本提案法所指的新基因组技术(NGT)是通过定点诱变进行的基因组编辑技术,也称为定点或靶向诱变(以下称为基因组编辑)和顺式基因编辑。第一种可以在不引入新遗传物质的情况下精确修改 DNA,欧洲食品安全局 (EFSA) 将其定义为位点特异性核酸酶 1 型 (SDN-1) 和位点特异性核酸酶 2 型 (SDN-2)。基因组编辑使用核酸酶类蛋白质(可切割 DNA 的酶)和短 RNA 序列,可引导核酸酶到达基因组中的特定目标点,可能导致基因失活或将自然界中已经存在的修饰引入其序列中。在这两种情况下,获得的突变相当于可以自发发生的突变。农作物物种内的正常生物多样性就是由于这种突变而产生的。最著名的基因组编辑技术被称为“CRISPR/Cas9”,因为它使用了 Cas9 蛋白,由两位研究人员——法国女性 Emmanuelle Charpentier 和美国人 Jennifer Doudna 于 2012 年开发,这一发现为她们赢得了 2020 年诺贝尔化学奖。CRISPR/Cas9 基因组编辑技术被称为“开启生命科学新时代的基因剪刀”。事实上,通过基因组编辑,可以将在其他品种、野生个体或相关物种中发现的任何有利突变引入栽培品种中,而无需引入新基因,最重要的是避免“传统”的漫长的杂交和回交实践:引入的唯一突变就是期望获得的突变。同源性是指从同一物种或者性相容的相关物种的供体生物中插入遗传物质,例如基因。遗传物质未经修改就被插入。即使同一基因拷贝数的变化,经过轻微的修改,也是每个物种中存在的正常生物多样性的一部分。通过杂交和选择可以实现相同的过程,但时间更长且精度更低。
* 通讯作者:takashia@okayama-u.ac.jp † 资深作者 T.Ak.、KM 和 EK 对本研究的贡献相同。T.Ak. 和 SU 构思了这项研究。T.Ak.、TK 和 T.Ar. 设计了实验。T.Ak.、KM、EK 和 TK 进行了实验。T.Ak.、KM、EK 和 KT 分析了数据。T.Ak.、YK 和 KU 建造并维护了设施。T.Ak.、KT 和 SU 开发了程序和分析代码。T.Ak.、KM、EK、TK、T.Ar. 和 SU 起草了手稿。所有作者均认可了手稿。根据作者须知 (https://academic.oup.com/plcell) 中所述的政策,负责分发与本文所述研究结果相关的材料的作者是:Takashi Akagi (takashia@okayama-u.ac.jp)。
摘要:正弦 - vntr- Alu(SVA)逆转录子是仅在灵长类动物基因组中存在的可转座元素(TES)的子类。te插入可以作为顺式调节元素(CRES)选择;但是,使用生物信息学方法和报告基因测定法证明了SVA的调节潜力。这项研究的目的是证明通过CRISPR(群集间隔间隔短的腔粒重复序列)的SVA顺式调节活性),并随后测量直接对局部基因表达的影响。我们识别了17染色体上的一个区域,该区域富含人类特异性SVA。在该区域的比较基因表达分析揭示了多个人体组织中TRPV1和TRPV3的共表达,这在小鼠中未观察到,这突出了两种物种之间的关键调节差异。此外,TRPV1和TRPV3编码序列之间的基因间区域包含位于TRPV3启动子和TRPV1 3'端的上游的人类特定的SVA插入,该插入trpv1的3'端,强调了该SVA作为研究其潜在的CIS -CIS-候选者对这两种基因的候选者。首先,我们生成了SVA报告基因构建体,并证明了它们在HEK293细胞中的转录调节活性。然后,我们设计了一种双目标CRISPR策略,以促进整个SVA序列的删除,并生成编辑的HEK293克隆细胞系,其中包含纯合和杂合SVA缺失。在编辑的纯合∆ SVA克隆中,我们观察到TRPV1和TRPV3 mRNA表达的显着降低,与未经编辑的HEK293相比。此外,我们还观察到杂合∆ SVA克隆中mRNA表达水平的变异性增加。总体而言,在具有SVA缺失的编辑的HEK293中,我们观察到对TRPV1和TRPV3的共表达的中断。在这里,我们提供了人类特异性SVA的示例,其原位调节活性,支持SVA逆转座子的作用,是物种特异性基因表达的贡献者。
摘要 顺式调控元件 (CRE) 是一小段 (~5 – 15 个碱基对) DNA,能够与转录因子结合并影响附近基因的表达。这些区域对于研究表型和基因型之间关系的任何人来说都非常有趣,因为这些序列通常决定基因的时空表达。事实上,已知基因型和表型之间的几种关联信号位于蛋白质编码区之外。因此,理解进化生物学的关键在于在当前和未来的基因组组装中对它们进行表征。在本综述中,我们介绍了一些 CRE 变异如何促进表型进化的近期例子,讨论了基因组非编码区域所经历的选择压力的证据,并考虑了几项关于植物可及染色质区域的研究以及它们能告诉我们有关 CRE 的什么信息。最后,我们讨论了当前测序技术的进展将如何提高我们对 CRE 变异的认识。
1 Novo Nordisk生物可持续性基金会,丹麦技术大学,公里。Lyngby,丹麦。 2加州大学欧文分校生物医学工程系,美国加利福尼亚州92697,美国。 3加利福尼亚大学尔湾分校化学系,美国加利福尼亚州92697,美国。 4加利福尼亚大学尔湾分子生物学与生物化学系,美国加利福尼亚州92697,美国。 5联合生物能源研究所,美国加利福尼亚州埃默里维尔。 6劳伦斯·伯克利国家实验室,美国加利福尼亚州劳伦斯伯克利国家实验室。 7化学与生物分子工程系,加利福尼亚州伯克利分校生物工程系,美国加利福尼亚州。 8综合生物化学中心,综合生物学研究所,深圳高级技术学院,中国深圳。Lyngby,丹麦。2加州大学欧文分校生物医学工程系,美国加利福尼亚州92697,美国。 3加利福尼亚大学尔湾分校化学系,美国加利福尼亚州92697,美国。 4加利福尼亚大学尔湾分子生物学与生物化学系,美国加利福尼亚州92697,美国。 5联合生物能源研究所,美国加利福尼亚州埃默里维尔。 6劳伦斯·伯克利国家实验室,美国加利福尼亚州劳伦斯伯克利国家实验室。 7化学与生物分子工程系,加利福尼亚州伯克利分校生物工程系,美国加利福尼亚州。 8综合生物化学中心,综合生物学研究所,深圳高级技术学院,中国深圳。2加州大学欧文分校生物医学工程系,美国加利福尼亚州92697,美国。3加利福尼亚大学尔湾分校化学系,美国加利福尼亚州92697,美国。 4加利福尼亚大学尔湾分子生物学与生物化学系,美国加利福尼亚州92697,美国。 5联合生物能源研究所,美国加利福尼亚州埃默里维尔。 6劳伦斯·伯克利国家实验室,美国加利福尼亚州劳伦斯伯克利国家实验室。 7化学与生物分子工程系,加利福尼亚州伯克利分校生物工程系,美国加利福尼亚州。 8综合生物化学中心,综合生物学研究所,深圳高级技术学院,中国深圳。3加利福尼亚大学尔湾分校化学系,美国加利福尼亚州92697,美国。4加利福尼亚大学尔湾分子生物学与生物化学系,美国加利福尼亚州92697,美国。5联合生物能源研究所,美国加利福尼亚州埃默里维尔。 6劳伦斯·伯克利国家实验室,美国加利福尼亚州劳伦斯伯克利国家实验室。 7化学与生物分子工程系,加利福尼亚州伯克利分校生物工程系,美国加利福尼亚州。 8综合生物化学中心,综合生物学研究所,深圳高级技术学院,中国深圳。5联合生物能源研究所,美国加利福尼亚州埃默里维尔。6劳伦斯·伯克利国家实验室,美国加利福尼亚州劳伦斯伯克利国家实验室。7化学与生物分子工程系,加利福尼亚州伯克利分校生物工程系,美国加利福尼亚州。8综合生物化学中心,综合生物学研究所,深圳高级技术学院,中国深圳。
最近的大型基因组关联研究已经确定了与成瘾相关行为性状相关的多个自信风险基因座。与成瘾相关性状相关的大多数遗传变异位于基因组的非编码区域,可能破坏顺式调节元件(CRE)功能。cres倾向于特异性细胞类型,并可能有助于基本成瘾的神经回路的功能发展。然而,缺乏一种系统的系统方法,用于预测风险变异对特定细胞群体的影响。为了剖析与成瘾相关性状的细胞类型和大脑区域,我们应用了分层的连锁不平衡评分回归,以将全基因组关联研究与从人类和小鼠分析中收集的开放染色质收集的基因组区域进行比较,这与CRE活性有关。我们发现,在神经元(Neun 1)核中以开放式染色质(Neun 1)核中标志性的成瘾相关变体的富集,这些核是从多个前额叶皮质区域和已知在奖励和成瘾中起主要作用的主要角色的核心。为了进一步剖析与成瘾相关性状的细胞类型特异性基础,我们还确定了雌性和雄性小鼠神经元亚型的开放染色质区域的人类直系同源物的富集:皮质兴奋性,D1,D2和PV。最后,我们开发了机器学习模型,以预测小鼠细胞类型特异性开放染色质,从而使我们能够进一步对人Neun 1
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