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

1、近年來，植物多倍體進(jìn)化與基因表達(dá)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(dá)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(dá)與器官特異性表達(dá)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(dá)變異研究?jī)H有少數(shù)幾個(gè)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(gè)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(duì)其進(jìn)化與表達(dá)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(dá)變化研究幾乎沒有，然而同源多倍體與水稻多倍體都與進(jìn)化相關(guān)，因而同源多倍體與水稻多倍體基因表達(dá)與進(jìn)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(dá)變化(基因芯片分析中兼顧了單倍化后基因表達(dá)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(dá)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(gè)甲基化變異位點(diǎn)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(gè)基因組且存在位點(diǎn)特異性。 二、芯片分析結(jié)果：芯片分析從兩個(gè)角度進(jìn)行，一是單倍體、二倍體和三倍體聯(lián)合分析；二是對(duì)三倍化過程單獨(dú)分析。聯(lián)合分析主要結(jié)果如下：1)大部分染色體對(duì)倍性敏感程度不一樣，即有些染色體上的位點(diǎn)在倍性變化時(shí)更容易發(fā)生表達(dá)變化；2)倍性敏感位點(diǎn)(倍性變化時(shí)表達(dá)發(fā)生變化的位點(diǎn))存在成叢分布；3)倍性敏感位點(diǎn)在功能上分布不

5、均衡；4)單倍化中表達(dá)變異頻率高于三倍化但表達(dá)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(dá)調(diào)節(jié)類型且激活多于沉默，類似地，表達(dá)量上升也多于下降；6)單倍化與三倍化對(duì)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(dá)分析結(jié)果如下：1)三倍化敏感位點(diǎn)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(dá)變化不大，僅MBD

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

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