SARⅡ-628雙胚苗水稻自然同源三倍化后DNA甲基化與基因表達的研究.pdf

1、近年來，植物多倍體進化與基因表達研究已成為多倍體研究的前沿，取得的主要成果是多倍化后迅速發(fā)生了基因表達多態(tài)性分化，包括多倍體群體內(nèi)不同單株間多態(tài)性表達與器官特異性表達變化。然而研究主要集中于小麥(Triticum)、棉花(Gossypium)、蕓苔(Brassica)等偶數(shù)倍的人工異源多倍體，同源多倍體甲基化與基因表達變異研究僅有少數(shù)幾個例子：如酵母(Saccharomycescerevisiae)和擬南芥(Arabidopsis)等；

2、自然多倍體中也僅少數(shù)幾個最近起源的多倍體如大米草(Spartina)、婆羅門參(Tragopogon)和千里光(Senecio)，知道并能獲得其起源親本而對其進化與表達有所研究；自然發(fā)生的同源三倍體水稻DNA甲基化與基因表達變化研究幾乎沒有，然而同源多倍體與水稻多倍體都與進化相關(guān)，因而同源多倍體與水稻多倍體基因表達與進化的研究也不應(yīng)該被忽視。 本研究中采用雙胚苗水稻SARⅡ-628中自然發(fā)生的同源三倍體為研究材料，利用同裂酶Ms

3、pI和HpaⅡ分析了三倍化后甲基化變異；利用基因芯片、cDNA-AFLP與RT-PCR三種方法相結(jié)合分析了三倍化后基因表達變化(基因芯片分析中兼顧了單倍化后基因表達變化)。結(jié)果表明SARⅡ-628自然同源三倍化后當(dāng)代甲基化與基因表達都迅速發(fā)生了不同程度的變異，取得主要結(jié)果如下： 一、甲基化變異分析：1)三倍化后甲基化程度變化不大，由17.24％變化為三倍化后的17.20％；2)29個甲基化變異位點中甲基化程度上升、下降與不定的比

4、例分別為29.51％、47.54％和22.95％，甲基化程度下降多于上升；3)甲基化變異遍布于整個基因組且存在位點特異性。 二、芯片分析結(jié)果：芯片分析從兩個角度進行，一是單倍體、二倍體和三倍體聯(lián)合分析；二是對三倍化過程單獨分析。聯(lián)合分析主要結(jié)果如下：1)大部分染色體對倍性敏感程度不一樣，即有些染色體上的位點在倍性變化時更容易發(fā)生表達變化；2)倍性敏感位點(倍性變化時表達發(fā)生變化的位點)存在成叢分布；3)倍性敏感位點在功能上分布不

5、均衡；4)單倍化中表達變異頻率高于三倍化但表達量與功能都差異不大；5)單倍化與三倍化中都有相當(dāng)比例沉默與激活的極端表達調(diào)節(jié)類型且激活多于沉默，類似地，表達量上升也多于下降；6)單倍化與三倍化對同一基因有類似的影響，與基因組劑量效應(yīng)不一致。三倍化過程中基因表達分析結(jié)果如下：1)三倍化敏感位點在染色體間分布也不均衡但不存在成叢分布；2)三倍化后甲基化合成酶與MBD(methylationbindingdomain)蛋白表達變化不大，僅MBD

6、108表達沉默，顯示了甲基化信號傳遞受阻；3)三倍化后較多的乙烯合成位點表達上升；4)三倍化后較多的轉(zhuǎn)錄調(diào)控位點表達發(fā)生變化，其中具有SNF2結(jié)構(gòu)域的表達全部上升；5)DNA重組修復(fù)因子-Rad54在三倍化后啟動表達。 三、cDNA-AFLP分析：1)三倍體單株間表達變化能力接近，但激活能力差異造成了器官間表達變化能力的差異；2)部分位點在群體內(nèi)單株間存在多態(tài)性表達與多態(tài)性表達變化；3)部分位點存在器官特異性沉默或激活。

7、 四、RT-PCR分析：1)部分位點RT-PCR結(jié)果與芯片結(jié)果不一致；2)三分之一的表達變異位點在三倍體群體內(nèi)單株間呈多態(tài)性表達，更多位點呈多態(tài)性表達變化，多于cDNA-AFLP分析中的比例；3)存在各種器官表達變化模式，各種模式位點數(shù)分布與cDNA-AFLP存在一定差異。 最后對研究材料、方法與不足，以及三倍化后基因表達調(diào)控可能機制等方面進行了討論。與多倍化后甲基化變異與基因表達變化研究領(lǐng)域的其它研究比較，本項研究具有較大創(chuàng)新