激光輻射誘導(dǎo)水稻發(fā)生可遺傳DNA甲基化變異和轉(zhuǎn)座子激活及其可能機(jī)制研究.pdf

1、激光是一種與自然光不同的輻射光。通過(guò)特定的激光照射農(nóng)作物,能使其產(chǎn)生新的遺傳變異,對(duì)其中優(yōu)良變異后代進(jìn)行定向選擇和培育,即可育成符合育種目標(biāo)的新品種。激光誘變育種可以提高種子的發(fā)芽勢(shì)和發(fā)芽率,促進(jìn)生長(zhǎng)發(fā)育,提高抗病能力。
　　DNA胞嘧啶甲基化作為一種重要的表觀遺傳修飾,廣泛存在于動(dòng)植物基因組中,并在維持基因組穩(wěn)定性、調(diào)節(jié)基因表達(dá)等方面起著重要作用。內(nèi)源DNA的甲基化是真核生物的表觀遺傳調(diào)控的重要組成部分,研究特定條件下DNA甲基

2、化的變異模式有助于全面的理解DNA甲基化的表觀調(diào)控生物學(xué)功能。大量研究表明,DNA甲基化容易因細(xì)胞內(nèi)外環(huán)境條件的變化而發(fā)生改變。為此,提出的問(wèn)題是:激光輻射是否可能導(dǎo)致DNA甲基化的改變并進(jìn)而導(dǎo)致基因表達(dá)的變化而產(chǎn)生表型變異。本文用Nd3+YAG固體脈沖激光器輻射處理水稻基因型吉農(nóng)18號(hào)糙米種胚,分析激光處理可能導(dǎo)致的表觀遺傳變異——DNA甲基化變化和基因表達(dá)的變化。主要的結(jié)果為:發(fā)芽植株在田間出現(xiàn)了抽穗期推遲、矮化等表型變異。

3、　　MSAP分析表明激光處理當(dāng)代植株發(fā)生了全基因組范圍的去甲基化變異。改變的甲基化模式也可以通過(guò)減數(shù)分裂傳遞給后代,并且,在M1代中又消失了M0代具有的一種變異模式,暗示具有“跨代基因組不穩(wěn)定性”的特點(diǎn)。
　　為了探究上述表觀遺傳變異的原因,運(yùn)用實(shí)時(shí)定量PCR技術(shù),對(duì)選定的維持染色質(zhì)表觀修飾狀態(tài)基因的表達(dá)進(jìn)行了分析,結(jié)果顯示激光輻射不僅可以導(dǎo)致一定頻率的DNA甲基化模式的變化,也可以導(dǎo)致維持染色質(zhì)結(jié)構(gòu)和狀態(tài)的表觀修飾基因的表達(dá)發(fā)生

4、可遺傳的改變,如引起甲基轉(zhuǎn)移酶、糖苷酶以及siRNA產(chǎn)生途徑重要酶的表達(dá)變化,并且通過(guò)相關(guān)性分析證實(shí)這些變化與甲基化變化相關(guān).以上結(jié)果暗示著這些與維持染色質(zhì)結(jié)構(gòu)相關(guān)的基因表達(dá)的變異是激光輻射處理所導(dǎo)致的表觀遺傳不穩(wěn)定性的一個(gè)誘因。
　　激光處理引起了水稻突變體M0及M1代轉(zhuǎn)座子的激活,其中包括MITE類(lèi)轉(zhuǎn)座子mPing及其轉(zhuǎn)座酶供體Pong.
　　亞硫酸鹽測(cè)序結(jié)果進(jìn)一步證實(shí)了甲基化模式的遺傳與變異,而且揭示反轉(zhuǎn)座子Tos17