Genomy wielu gatunków roślin wyższych są najbardziej zmetylowane wśród eukariontów. Donosimy tutaj, że pomimo ich silnej metylacji, genomowe DNA DNA z czterech gatunków roślin zawiera frakcję, która jest bardzo bogata w niemetylowane miejsca. miejsc niemetylowanych. Frakcja ta została scharakteryzowana w kukurydzy, gdzie stanowi około 2,5% całego genomu jądrowego. W celu ustalenia genomowego pochodzenia frakcji, trzy geny kukurydzy zawierające klastry CpG zostały przetestowane pod kątem metylacji i stwierdzono, że nie są metylowane w regionach bogatych w CpG regionach. Dla kontrastu, testowane CpG były metylowane w genie, którego sekwencja nie wykazywała klastrowania CpG. Obserwacje te sugerują, że frakcja roślin bogata w CpG roślin przynajmniej częściowo pochodzi z regionów niemetylowanych, które są związane z genami. które są związane z genami. Podobne zjawisko zostało opisane w genomach genomach kręgowców. Omawiamy ewolucję wysp CpG w obu grupach organizmów organizmów i ich możliwe zastosowania w mapowaniu i izolacji genów u roślin. --- Identyfikacja promotorów i ich elementów regulatorowych jest jednym z głównych wyzwań bioinformatyki. wyzwań w bioinformatyce i integruje genomikę porównawczą, strukturalną i genomikę funkcjonalną. Opracowano wiele różnych podejść do wykrywania konserwatywnych motywów w zestawie genów, które są współregulowane lub ortologiczne. Jednakże, chociaż ostatnie podejścia wydają się obiecujące, ogólnie rzecz biorąc, jednoznaczna identyfikacja elementów regulatorowych identyfikacja elementów regulatorowych nie jest prosta. Określenie promotorów jest jeszcze trudniejsze ze względu na ich złożoną naturę, a przewidywanie promotorów in silico jest wciąż w powijakach. jest wciąż w powijakach. Tutaj dokonujemy przeglądu różnych podejść które zostały opracowane w celu identyfikacji promotorów i ich elementów regulatorowych. i ich elementów regulatorowych. Omawiamy wykrywanie cis-działających elementów regulatorowych przy użyciu liczenia słów lub metod probabilistycznych (tak zwane metody "wyszukiwania według sygnału") oraz wyznaczanie promotorów z uwzględnieniem zarówno zawartości sekwencji, jak i cech cechy strukturalne (metody "wyszukiwania według zawartości"). Jako przykład wyszukiwania według zbadaliśmy bardziej szczegółowo powiązanie promotorów z wyspami CpG . Jednak ze względu na różnice w zawartości sekwencji, parametry stosowane do do wykrywania wysp CpG u ludzi i innych kręgowców nie mogą być stosowane w przypadku roślin. Dlatego też podjęto wstępną próbę zdefiniowania parametrów, które mogłyby ewentualnie zdefiniować wyspy CpG i CpNpG w Arabidopsis, poprzez zbadanie krajobraz wokół miejsca startu transkrypcji. W tym celu wykorzystano zbudowano zestaw danych obejmujący ponad 5000 sekwencji genów, w tym region promotora region, 5'-nietranslowany region oraz pierwsze introny i kodujące eksony. Wstępna analiza wykazała, że lokalizacja promotora oparta na wykrywaniu potencjalnych wysp CpG/CpNpG w genomie Arabidopsis nie jest prosta. Niemniej jednak, ponieważ krajobraz wysp CpG/CpNpG znacznie się różni między promotorami i intronami z jednej strony a eksonami (kodującymi lub nie) z drugiej strony, prawdopodobnie można opracować bardziej wyrafinowane podejścia do skutecznego wykrywania "domniemanych" wysp CpG i CpNpG w roślinach. --- TŁO: Odchylenie nici o składzie GC lub odchylenie GC (=(C-G)/(C+G)), gdzie C i G oznaczają liczbę reszt cytozyny i guaniny, zostało niedawno zgłoszone w pobliżu miejsc startu transkrypcji (TSS) genów Arabidopsis. Jednakże, nie jest nie jest jednak jasne, czy inne gatunki eukariotyczne mają równie wyraźne skośne GC, a biologiczne znaczenie tej cechy pozostaje biologiczne znaczenie tej cechy pozostaje nieznane. WYNIKI: Nasze badanie potwierdziło znaczące przekrzywienie GC (C > G) w TSS genów Oryza sativa (ryż). Pełnej długości cDNA i sekwencje genomowe z Arabidopsis i ryżu zostały porównane przy użyciu analiz statystycznych. Pomimo wyraźnych różnic w zawartości G+C wokół TSS w obu roślinach, stopnie odchylenia były niemal identyczne. odchylenia były niemal identyczne. Chociaż niewielkie piki GC-skew, w tym przeciwne skośne (C < G), wykryto wokół TSS genów u ludzi i Drosophila, były one jakościowo i ilościowo różne od tych zidentyfikowanych w roślinach. Jednak skośność GC podobna do roślinnej w regionach przed miejscami inicjacji translacji (TIS) miejsca inicjacji translacji (TIS) u niektórych grzybów zostały zidentyfikowane w wyniku analiz wyrażonych znaczników sekwencji i/lub sekwencji genomowych innych gatunków. Na podstawie Na podstawie naszego zbioru danych oszacowaliśmy, że > 70 i 68% genów Arabidopsis i ryżu i ryżu, odpowiednio, miało silne przekrzywienie GC (> 0,33) w oknie 100-bp (tj, liczba reszt C była ponad dwukrotnie większa niż liczba reszt G w oknie +/-100-bp wokół TSS). Średnia wartość skośności GC w TSS genów o wysokiej ekspresji w Arabidopsis była znacznie większa niż w przypadku genów o niskim poziomie ekspresji. genów o niskim poziomie ekspresji. Wiele pików GC-skew było preferencyjnie zlokalizowanych w pobliżu TSS, więc zbadaliśmy potencjalną wartość GC-skew jako wskaźnika dla identyfikacji TSS. Nasze wyniki potwierdzają, że GC-skew może być użyty do wspomagać przewidywanie TSS w genomach roślin. WNIOSEK: Skośność GC (C > G) wokół TSS jest ściśle zachowana między roślinami jednoliściennymi i dwuliściennymi (tj. ogólnie okrytozalążkowymi), a podobną skośność zaobserwowano u niektórych grzybów. Geny Arabidopsis o wysokiej ekspresji miały ogólnie w TSS w porównaniu do genów o niskim poziomie ekspresji. My proponujemy zatem, że przekrzywienie GC wokół TSS w niektórych roślinach i grzybach jest związane z transkrypcją. Może to być spowodowane mutacjami podczas inicjacji transkrypcji inicjacji transkrypcji lub częstym wykorzystywaniem miejsc wiążących czynniki transkrypcyjne o preferencję nici. Ponadto, GC-skew jest dobrym wskaźnikiem kandydującym do przewidywania TSS w genomach roślinnych, gdzie brak jest korelacji między wyspami CpG i genami. --- TŁO: Ze względu na swoją nadrzędną rolę w funkcjonowaniu genomu, zależna od sekwencji Krzywizna DNA nadal przyciąga dużą uwagę. Podwójna helisa DNA nie jest sztywnym cylindrem, ale wykazuje zarówno krzywiznę, jak i elastyczność w różnych regionach, w zależności od sekwencji. Bardziej dogłębna wiedza na temat różnych rzędów złożoności struktury genomowego DNA pozwoliła na zaprojektowanie wyrafinowanych narzędzi bioinformatycznych do jego analizy i manipulacji, które z kolei z kolei przyniosły lepsze zrozumienie samego genomu. Zakrzywione DNA jest zaangażowany w wiele biologicznie ważnych procesów, takich jak transkrypcja i zakończenie, rekombinacja, replikacja DNA i pozycjonowanie nukleosomów. pozycjonowanie nukleosomów. Wyspy CpG i tandemowe powtórzenia również odgrywają znaczącą rolę w dynamice i ewolucji genomów. dynamice i ewolucji genomów. WYNIKI: W tym badaniu przeanalizowaliśmy związek między tymi trzema cechami strukturalnymi w genomach ryżu (Oryza sativa) i Arabidopsis (Arabidopsis thaliana). Przewidywanie w skali genomu rozkładu krzywizny w ryżu i Arabidopsis wykazały, że większość chromosomów obu genomów ma maksymalne zakrzywienie chromosomalnego DNA w sąsiedztwie regionu centromerowego. Analizując analizując powtórzenia tandemowe w całym genomie, stwierdziliśmy, że częstotliwości powtórzeń są wyższe w regionach sąsiadujących z tymi o wysokiej wartości krzywizny. Dalsza analiza wysp CpG pokazuje wyraźną współzależność między wartością krzywizny, częstotliwościami powtórzeń i wyspami CpG. Każda wyspa CpG pojawia się w lokalnym regionie o minimalnej regionie krzywizny, a wyspy CpG zwykle nie pojawiają się w centromerze lub regionach o wysokiej częstotliwości powtórzeń. Ocena statystyczna wykazuje istotność i nielosowość tych cech. WNIOSKI: Badanie to stanowi pierwszą systematyczną analizę w skali genomu Krzywizna DNA, wyspy CpG i powtórzenia tandemowe na poziomie sekwencji DNA w genomach roślinnych. genomach roślin i wykazuje, że nie wszystkie chromosomy w roślinach podlegają tym samym zasady wspólne dla innych organizmów eukariotycznych, sugerując, że niektóre z tych genomicznych można uznać za specyficzne dla roślin. --- Przeanalizowaliśmy sekwencje genomów roślin, głównie z ryżu i Arabidopsis thaliana, pod kątem wysp CpG i zidentyfikowaliśmy segmenty DNA bogate w dinukleotydy CpG w obrębie tych sekwencji. Te bogate w CpG klastry pojawiły się w analizowanych sekwencjach jako jako dyskretne piki i występowały z częstotliwością jeden na 4,7 kb w ryżu i jeden na 4,0 kb w ryżu. ryżu i jeden na 4,0 kb w A. thaliana. W ryżu i A. thaliana większość klastrów bogatych w CpG była związana z genami, co sugeruje, że te klastry są użytecznymi punktami orientacyjnymi w sekwencjach genomów do identyfikacji genów w roślinach o małych genomach. małych genomach. W przeciwieństwie do tego, u roślin z większymi genomami, tylko kilka klastrów było związanych z genami. klastrów było powiązanych z genami. Te bogate w CpG klastry roślinne spełniały kryteria stosowane do identyfikacji ludzkich wysp CpG, co sugeruje, że te klastry CpG można uznać za roślinne wyspy CpG. Pozycja każdej wyspy względem 5'-końca powiązanego z nią genu znacznie się różniło. Geny w analizowanych sekwencjach analizowanych sekwencjach zostały pogrupowane w pięć klas zgodnie z pozycją wysp CpG w obrębie powiązanych z nimi genów. Duża część genów należała do jednej z dwóch klas, w których wyspa CpG występowała w pobliżu 5'-końca genu lub obejmowała cały region genu. Pozycja roślinnej wyspy CpG w obrębie powiązanego z nią genu wydawała się być związana z zakresem specyficznej dla tkanki ekspresji genu; wyspy CpG większości szeroko ekspresji genów ryżu występowały w pobliżu 5'-końca genów. --- W genomach roślin istnieją dyskretne regiony bogate w dinukleotydy CpG, a mianowicie klastry CpG. W ryżu większość tych klastrów CpG jest powiązana z genami. Geny ryżu są pogrupowane w jedną z pięciu klas zgodnie z pozycją powiązanego klastra CpG. Wśród nich geny klasy 1, które zawierają klaster CpG na 5'-końcu, wykazują podobieństwa do ludzkich genów posiadających wyspy CpG. W W niniejszym badaniu, analizując dane sekwencji genomu roślin, głównie z ryżu, zbadaliśmy rozkład chromosomalny genów każdej klasy, głównie genów klasy genów klasy 1. Geny klasy 1 nie były równomiernie rozmieszczone w genomie ryżu. ryżu, ale były skupione w dyskretnych segmentach chromosomalnych. Oparta na EST wskazuje, że ten segmentalny rozkład genów klasy 1 spowodował rozkład genów klasy 1 spowodował preferencyjny rozkład wyrażonych genów genów w segmentach bogatych w geny klasy 1. Następnie porównaliśmy status metylacji genów każdej klasy, aby zbadać możliwość, że zróżnicowana metylacja DNA metylacja DNA, jeśli w ogóle, jest istotna dla obserwowanego zróżnicowanego poziomu ekspresji genów wewnątrz i na zewnątrz segmentów klasy 1. Różnica w metylacji między tymi genami okazała się dość niewielka, co nie potwierdza wyżej wspomnianej możliwości.
Czy genomy roślin zawierają wyspy CpG?
W genomach roślin istnieją dyskretne regiony bogate w dinukleotydy CpG, a mianowicie klastry CpG. W ryżu większość tych klastrów CpG jest powiązana z genami. Geny ryżu są pogrupowane w jedną z pięciu klas zgodnie z pozycją powiązanego klastra CpG. Wśród nich geny klasy 1, które zawierają klaster CpG na 5 -terminusie, wykazują podobieństwo do ludzkich genów posiadających wyspy CpG