植物研究进展——植物表观遗传学在育种中的应用Advances in Botanical Research——Plant Epigenetics Coming of Age for Breeding
Applications
作者：Marie Mirouze, Etienne
Bucher, Philippe Gallusci
出版社：Academic Press
索书号：Q943.2/P713m/2018/Y
ISBN：9780128154038
藏书地点：武大外教中心
以“中心法则”为核心的经典遗传学指出，基因结构的改变会引起生物体表现型的改变，这种改变可以从上一代传递到下一代。然而，随着研究的不断深人,科研人员发现一些利用经典遗传学无法解释的现象:正反交后代表型差别很大；同一基因型的植物体在不同环境条件下，具有不同的表型，但与其相对应的基因碱基序列并没有发生改变，而与其结合的蛋白质和RNA却与相应基因的表达紧密相关。早在1939年, Waddington就提出了epigenetics 一词，并指出表观遗传与遗传是相对的，主要研究基因型和表型的关系门。1975年，Holliday针对epigenetics提出了更新的系统性论断，他认为，表观遗传学不仅在发育过程，而且也在成体阶段研究可遗传的基因表达改变，这些改变不涉及DNA序列改变，可以通过细胞分裂在细胞和个体世代间传递，是非DNA序列差异的核遗传。即生物体从祖先获得的生长发育及其进化信息不仅仅来源于基因序列，在DNA序列不发生变化的条件下，基因表达发生的改变也可导致可遗传的表现型变化。
甲基化和春化与促进提早开花的机制密切相关。在亚麻开花研究中发现，控制早花型的3个基因位点经常发生甲基化，在正常发育阶段，这些位点的去甲基化将导致相变的发生。用5-azaC处理亚麻后,植株的株高明显降低，开花时间提早7~13 d。这说明低温春化促进开花可能是因为诱导开花有关的基因或其启动子发生去甲基化而进行表达，又使抑制开花的基因重新甲基化而关闭表达，从而诱导植物提早开花。例如，冷处理通过2个明显的甲基化事件抑制开花抑制基因FLC活性,从而促进开花。.
自交能导致甲基化程度的逐渐积累而杂交能使甲基化程度得以解除或重新编排。水稻杂交种及其亲本基因组研究结果表明，虽然总体上甲基化程度与杂种优势不相关，但某些特异位点上甲基化程度的改变却对杂种优势有显著的效应。杂交种与亲本间不同的DNA甲基化模式可能是杂种优势表达的一个原因。对那些杂种优势有效应的甲基化片断(染色体区段)测序分析并推测，DNA甲基化可能主要发生在非编码区，尤其是调控区，或启动子序列区段的CpG岛，它调控着一些可能与杂种优势有关的基因的表达。另外，有的位点甲基化降低对杂种优势有利，而有的位点上甲基化增强对杂种优势有利。说明杂种优势产生过程中，并不仅仅是一些基因表达增强是有利的，某些基因受到抑制也是有利的。
多倍体和杂交育种广泛用于植物育种和农作物改良。许多农作物如小麦、棉花和油菜是典型的多倍体，还有一些农作物如玉米和水稻广泛利用杂种优势。但是，对农作物多倍体和杂种优势利用的分子机理仍不清楚。我们预测异源多倍体的基因组之间和杂种父母本基因之间的互作会诱导遗传和表观遗传的变异，产生基因表达变化和新表型。在拟南芥中，生物量优势只限于杂种；但籽粒优势与多倍体和杂种都有关，并由母本遗传的小RNA调控。种间和种内杂种引起表观遗传的变异，造成节律钟的改变，促进光合作用，淀粉合成，以及抗逆性的变化，进而促进生长优势。在玉米中，杂种比自交系的节律钟提前几小时，有利于促进光合作用，淀粉合成和生长优势。在水稻亚种间杂种中，父、母本印记基因与籽粒性状的QTL有关，用CRISPR/cas9编辑父、母本印记基因都使种子变小，说明印记基因优化种子发育、促进亲子代的共适应，有利于育种和选择。在棉花异源四倍体中，DNA 序列和甲基化是协同进化的，种间杂交引起DNA甲基化的改变，并稳定保存下来。与这些稳定的甲基化位点结合的基因叫做表观基因。在500多个表观基因中，很多与作物的驯化和农艺形状有关，比如种子休眠，光周期开花等。研究表明，表观遗传调控基因表达的变化，杂种优势的产生,和多倍体农作物的驯化。这些表观基因组的资源和理论上的创新将为表观遗传工程育种以及多倍体农作物的改良和杂种优势的利用提供崭新的理论基础。
《植物研究进展——植物表观遗传学在育种中的应用》一书于2018年由Academic Press出版社出版，作者是Marie Mirouze, Etienne
Bucher和Philippe Gallusci。表观遗传学对“中心法则”进行了补充，即决定了基因的正常转录和翻译的因素以及核酸并不是存储遗传信息的唯一载体。表观遗传信息可以通过控制基因的时空表达和表达方式来调控发育过程及各种生理反应，并且这种改变是可以稳定遗传的。在植物中从营养生长到生殖生长的转变过程，以及植物开花时间等的调控，是通过表观遗传学中抑制基因转录、抑制外源DNA和转座子的活性来完成的，为遗传学研究开辟了一个新的思路。表观遗传学研究已经显现出越来越重要的理论和实际意义。同时，表观遗传学作为一个发展中的研究领域,许多详细调控机制还不清楚,有待于深人研究。相信对表观遗传学进行系统而深人的研究，将会为农业发展提供更大的推动力,有利于揭示各种生命现象的本质。
本书作为研究植物表观遗传学的专业书记，内容专业详实，语言浅显易懂，除此之外还有以下特点：
1、本书不仅介绍了植物表观遗传学，还结合具体实例的应用，如肉质果实发育成熟的表观遗传调控及其在育种中的应用，使读者能够更加全面的了解该领域的专业知识。
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本书目录
1. 表观遗传学——从历史性的角度来阐述
2. 植物的表观遗传机制
3. 表观遗传多样性及其在育种中的应用
4. 拟南芥的经验教训
5. 有性和无性生殖:表观遗传变异的遗传和稳定性及其在育种应用中的影响
6. 转座因子作为作物改良的工具
7. 表观遗传机制在嫁接中的作用及可能的应用
8. 杂种优势:表观遗传过程的重要性及其对育种的影响
9. 植物芽裂和开花时间的控制:表观遗传机制的贡献及其在农业和育种中的作用
10. 肉质果实发育成熟的表观遗传调控及其在育种中的应用
11. 谷物表观遗传调控的几个方面
12. 森林树木的表观遗传学:在气候变化背景下的育种和管理的最新技术和潜在影响
兰天 武汉大学生命科学学院 博士研究生