干旱胁迫下油用牡丹‘凤丹’基因组DNA甲基化分析

利用甲基化敏感扩增多态性技术探究不同干旱处理下油用牡丹‘凤丹’基因组DNA甲基化的水平及其变异模式。结果表明:‘凤丹’4年生植株的基因组DNA甲基化率为93.24%;随着干旱程度的加强,‘凤丹’基因组DNA发生甲基化变化位点的比率呈先上升后下降的趋势;对不同程度干旱处理后的‘凤丹’进行复水,与对照植株相比,复水后的‘凤丹’植株基因组DNA总甲基化率均表现为上升。干旱胁迫下‘凤丹’基因组DNA甲基化出现4种变异模式,表现为15种条带类型。轻度干旱诱导‘凤丹’基因组39.78%的位点发生了甲基化,40.00%的位点发生了去甲基化;重度干旱诱导‘凤丹’基因组46.00%的位点发生了甲基化,38.60%的位点发生了去甲基化,表明干旱胁迫会诱导‘凤丹’基因组DNA甲基化状态发生改变。     

聚乙二醇胁迫下黄腐酸对玉米基因组DNA胞嘧啶甲基化的影响

用不同浓度的黄腐酸浸种处理玉米自交系B73种子,2叶1心时用10%PEG-6000模拟干旱胁迫,3叶期测定干旱相关生理指标,采用甲基化敏感扩增多态性(MSAP)技术分析DNA甲基化模式及水平。结果表明:各处理组的甲基化敏感扩增多态性分别为74.83%、73.05%、76.50%;各处理组的甲基化敏感扩增单态性分别为25.17%、26.95%、23.50%。各试验组的总甲基化率分别为75.14%、77.02%、74.57%;半甲基化率分别为18.01%、23.39%、18.66%;全甲基化率分别为57.95%、57.13%、53.63%、55.91%。     

玉米ZmSNAC13等位变异对抗旱性的调控研究

NAC家族转录因子是植物特有的,在植物的生长发育、胁迫应答和激素调节等方面具有重要的生物学功能。前期根据干旱胁迫处理RNA-Seq筛选到NAC转录因子基因ZmSNAC13。为了探究ZmSNAC13在干旱胁迫响应中的作用,以耐旱性不同的玉米自交系B73（干旱敏感）和Qi319（耐旱）为材料,进行荧光定量PCR分析,发现干旱处理后ZmSNAC13在2个材料根中均下调表达,干旱处理12 d后在茎中均上调表达,Qi319干旱处理12 d后在叶中上调表达,而B73干旱处理8和10 d后在叶中下调表达,表明ZmSNAC13基因响应干旱胁迫。利用双荧光素酶融合报告载体分析ABA处理对ZmSNAC13基因启动子活性的影响,结果表明,ABA处理下Qi319的ZmSNAC13启动子活性显著高于B73,在Qi319的ZmSNAC13基因5’-UTR区发现9个能够提高启动子活性的高度连锁变异,并且干旱处理12 d时, Qi319叶中ZmSNAC13的表达量高于B73,因此推测干旱胁迫下ZmSNAC13基因5’-UTR区遗传等位变异通过影响启动子活性进而控制基因的表达水平,最终调控玉米对干旱胁迫的适应性。上述结果为解析玉米抗旱的遗传机制奠定了基础。     

DNA甲基化对马铃薯试管苗生长及干旱胁迫的响应

干旱胁迫是导致马铃薯产量减少的重要因素之一,目前在4倍体马铃薯栽培种中,关于干旱胁迫的表观遗传学调控途径研究较少,尤其是DNA甲基化是否参与这个调控过程中仍不太清楚。本研究通过利用甘露醇模拟干旱胁迫和DNA甲基化抑制剂(5-aza-2'-deoxycytidine)处理,分析6个不同基因型马铃薯试管苗表型指标的差异,拟探究DNA甲基化与马铃薯干旱胁迫响应之间的关系。本研究以马铃薯品种大西洋(Atl)、青薯9号(QS9)、C18(CIP 398098.119)、C127(CIP397077.16)、费乌瑞它(FAR)和陇薯6号(LS6)为实验材料,以MS培养基上正常生长的材料作为对照,处理组分别加入60μM甲基化抑制剂(5-aza-2'-deoxycytidine)、200 mM甘露醇以及60μM甲基化抑制剂与200 mM甘露醇,处理24 d,对试管苗形态指标进行分析。结果表明:干旱与去甲基化处理全部造成试管苗发育迟缓,与去甲基化处理和干旱胁迫处理相比,共同处理下的LS6、Atl和C18株高显著降低,FAR的叶片数和总根长显著减少,且表现出叠加效应,说明干旱胁迫与去甲基化可能通过不同调控途径影响植株的这些表型;而Atl、C18除株高、FAR除叶片数和总根长、C127除平均根粗的其他表型和QS9的所有表型均无差异,且无叠加效应,说明干旱胁迫与去甲基化可能通过相同的途径调控这些表型。本研究结果为进一步分析马铃薯干旱胁迫响应的表观遗传学调控机理提供了初步的证据。     

干旱条件下玉米转座子插入关联的表观调控分析

【目的】干旱是全球范围影响玉米生产的最主要胁迫因素之一。解析抗旱性的遗传基础与分子机制为玉米的抗旱改良提供依据。【方法】利用代表性玉米自交系,以叶片相对含水量和散粉-吐丝间隔为指标开展田间抗旱性精准鉴定。筛选2个抗旱性极端差异的自交系,开展基因组重测序分析和转座子插入鉴定;利用全基因组重亚硫酸盐测序（WGBS）方法分析不同水分处理下叶片和根系组织的DNA甲基化水平;同时利用转录组测序方法对相同样品的基因表达进行分析;通过比较分析获得2个材料间的转座子插入缺失变异、差异甲基化区域和差异表达基因,并综合分析这三者间的相关关系。针对前期克隆的玉米抗旱基因ZCN7,分析该基因区域转座子插入缺失变异介导的DNA甲基化和基因表达变化情况。【结果】在田间干旱处理下,自交系H082183的叶片相对含水量和散粉-吐丝间隔均与正常处理没有显著差异,而旅28在所有试验材料中表现最低的叶片相对含水量和最大的散粉-吐丝间隔。利用H082183和旅28这两个抗旱性极端差异的玉米自交系开展基因组重测序和转座子插入分析,分别检测到333 754和333 296个转座子插入,其中,有89 954个转座子插入在2个自交系...     

5-氨基乙酰丙酸对氯化钠胁迫下玉米基因组DNA甲基化模式及水平的影响

以玉米自交系B73为材料,用不同质量浓度的5-氨基乙酰丙酸(5-ALA)浸种处理,采用甲基化敏感扩增多态性(MSAP)技术,分析NaCl胁迫下的DNA甲基化模式及水平.结果 表明:各试验组的甲基化敏感扩增多态性分别为70.94％、68.96％、71.77％.各试验组的甲基化敏感扩增单态性分别为29.06％、31.04％、28.23％.当5-ALA质量浓度为0.05 mg/L时,总甲基化率下降2.87％,半甲基化率下降20.29％,全甲基化率下降18.72％;当5-ALA质量浓度为0.10 mg/L时,总甲基化率下降5.13％,半甲基化率下降19.15％,全甲基化率下降20.32％;当5-ALA质量浓度为0.50 mg/L时,总甲基化率下降4.82％,半甲基化率下降20.96％,全甲基化率下降20.72％.这种甲基化现象使玉米自身的抗盐能力提高.     

盐胁迫下红花基因组DNA甲基化的MSAP分析

以红花幼苗为研究材料,经200mmol.L-1 NaCl溶液分别处理4、8、12h,以未经盐胁迫处理为对照(CK),对DNA甲基化变化特征进行MSAP(甲基化敏感扩增多态性)分析。选用13对选扩引物,共检测到3 140个基因位点。甲基化水平分析表明,CK,4、8、12h处理样本中总甲基化率分别为31.8%、27.1%、31.0%和31.3%。进一步对不同处理时间红花基因组DNA甲基化模式的变化特征进行分析表明,NaCl处理4h后DNA的去甲基化模式调整占优势,而处理8h及12h后DNA甲基化水平恢复到CK水平,甲基化及去甲基化模式调整基本一致。上述结果显示,盐胁迫条件下红花基因组DNA甲基化状态发生了一定变化,并且这种变化与盐胁迫程度相关,推测DNA甲基化修饰可能参与了红花的盐胁迫应答。     

水稻干旱胁迫诱导DNA甲基化时空变化特征分析

 【目的】研究水稻抗旱导入系DK106和旱敏感轮回亲本IR64苗期和分蘖期干旱胁迫前后DNA甲基化的变化情况,并比较分析叶片和根部DNA甲基化变化特征,探讨DNA甲基化在水稻干旱胁迫反应中的作用。【方法】用甲基化敏感扩增多态性技术（methylation sensitive amplified polymorphism,MSAP）和高效液相层析（high performance liquid chromatography,HPLC）方法分析DNA甲基化变化情况;从聚丙烯酰胺凝胶回收甲基化多态性片段并克隆测序及序列比对。【结果】MSAP分析结果显示,水稻基因组中约有20%的CCGG位点发生了胞嘧啶甲基化;水分胁迫导致DNA甲基化平均水平明显增加,其中根部增加幅度尤为明显;DNA甲基化水平及状态变化在品种间存在差异,同时具有时期及组织特异性。对干旱胁迫特异诱导DNA甲基化片段序列分析结果表明,基因编码区和非编码区发生DNA甲基化的频率基本相同。【结论】干旱胁迫反应过程中DNA甲基化表现出一定时空特异性和品种特异性,且与品种抗旱性差异相关。     

干旱耐受型和敏感型玉米应答干旱的比较转录组学分析

【目的】比较分析干旱耐受型（Han21）和敏感型（B73）玉米自交系响应干旱胁迫的转录组数据,为理解玉米应答干旱胁迫的分子机制提供依据。【方法】利用高通量测序技术获得Han21、B73在正常和干旱条件下的转录组,随后利用一系列生物信息学方法进行转录组数据质控（FastQC）、测序数据与基因组的序列比对（HISAT2）、基因表达定量分析（StringTie）、差异表达分析（edgeR）、转录本转换事件分析（deepTS）以及基因功能富集分析（topGO）。【结果】B73和Han21玉米自交系在正常和干旱条件下的差异表达基因分别有917和2 832条,其中转录因子分别有80和214条;干旱胁迫下,双因素分析发现1 475条基因在B73和Han21中的表达存在显著差异,这些基因参与细胞壁合成、碳水化合物及多糖代谢等生物学过程;1 475条差异表达基因中,B73和Han21分别有28和36条基因发生了TS事件,其中15条基因在B73和Han21中的转录本转换事件呈现出相反的转换模式。【结论】基因和转录本层面的比较转录组研究,有助于发现玉米响应和抵御干旱胁迫的重要候选基因。     

PEG模拟干旱胁迫处理辽宁省主栽玉米品种的萌发特性

为了筛选抗旱玉米品种应用于生产,以沈玉35、辽单33等9个辽宁省主栽玉米品种为试验材料,研究不同程度干旱胁迫对玉米种子萌发特性的影响。结果表明:在高浓度PEG(20%)模拟干旱胁迫条件下,相对发芽率抚玉20最高,达95.92%,发芽势相对值富友99和长玉1最高,均为79.59%;萌发抗旱指数长玉1最高,达0.742;贮藏物质转运伤害率富友99最低,为43.34%;对沈玉35胚芽生长的伤害率最低,为78.81%;对抚玉20胚根的伤害率最低,仅3.53%。在干旱胁迫条件下,丹玉39的相对发芽势和萌发抗旱指数均为最低,分别为8.51%和0.103,其次是郑单958,分别为31.25%和0.463;丹玉39胚根生长伤害率最高,为76.32%;其次是郑单958,为49.89%。各品种的发芽率、发芽势、萌发指数、贮藏物质转运率、胚芽长及胚根长在干旱胁迫条件下均明显降低,不同品种间存在差异。抗旱性较强的品种为抚玉20和富友99,干旱敏感品种为丹玉39和郑单958。     

干旱胁迫对玉米幼苗脂质过氧化作用及保护酶活性的影响

采用人工控水的方法,考察了土壤含水量9%、12%、15%、18%、21%及24%6个梯度下玉米种子的萌发率,玉米幼苗膜脂过氧化指标H2O2、MDA及叶绿素含量,幼苗自由基清除相关酶SOD、CAT与POD活性等生理生化指标的变化。结果表明,随着土壤含水量的下降,玉米萌发率及叶绿素含量呈现下降的趋势,玉米幼苗H2O2与MDA含量呈现上升的趋势,且干旱胁迫越严重趋势越明显;幼苗自由基清除相关酶活性的变化各不相同,SOD活性在干旱胁迫初期呈上升趋势,后期呈下降趋势,POD与CAT活性在干旱胁迫初期变化不大,后期则呈下降趋势。因此,干旱胁迫能加剧玉米幼苗膜脂过氧化从而引起膜的损伤,且膜脂过氧化的程度随干旱胁迫的加大而加大,幼苗自由基清除相关酶活性在胁迫初期会上升以抵抗干旱胁迫,后期则下降,且不同的酶在抗干旱胁迫中的作用不同。植物在干旱胁迫下保护酶系统的作用,可能是通过它们之间相互协调且保持一个稳定的平衡态而进行的。     

玉米自交系B73丙酮酸磷酸双激酶基因的克隆及低氮对PPDK表达的影响

以玉米B73自交系为实验材料,克隆了玉米B73叶片C4型丙酮酸磷酸双激酶(PPDK)基因即C4PPDK基因的c DNA全长并测序,研究了低氮胁迫对典型C4作物玉米PPDK蛋白表达的影响。结果表明,B73玉米C4PPDK基因有19个外显子,18个内含子。无论在高氮还是低氮条件下,玉米野生型与ppdk突变杂合子在表型上均无显著差异。野生型植株中PPDK表达量约为杂合子的2倍;与高氮处理相比,低氮处理下PPDK野生型和杂合子中PPDK蛋白表达量显著升高,表明PPDK蛋白可能参与了对低氮胁迫的响应。该实验为进一步研究PPDK与氮代谢的关系奠定了基础。     

干旱胁迫对不同生长期不同玉米品种生长性状的影响

为探究干旱对玉米不同生长期的生长性状及果穗性状的影响,以QXH0121(耐盐碱型)、B73(野生型)、PHM57(盐碱敏感型)3种不同耐盐碱能力的玉米品种为试验材料,通过盆栽控水,分别于拔节期、大喇叭口期、抽雄期进行干旱处理。结果表明：相较于非胁迫处理,干旱胁迫下3种玉米品种在拔节期、大喇叭口期及抽雄期均表现为株高及产量构成要素降低,而茎粗则无显著差异。无论拔节期、大喇叭口期或者抽雄期胁迫,3个品种耐旱程度均表现为QXH0121>B73>PHM57。拔节期的干旱胁迫对玉米株高影响最大,株高低于大喇叭口期和抽雄期;抽雄期的干旱胁迫对果穗性状影响最大。     

干旱胁迫对不同玉米品种幼苗生理特性的影响

以玉米品种天紫23号、黄天脆1号、白甜糯1号、早鲜黄甜脆1号幼苗为材料,研究干旱胁迫(停止浇水)、干旱胁迫时间(1、2、3、4、5 d)、干旱胁迫5 d后恢复7 d正常灌溉3个处理下叶片中脯氨酸含量、丙二醛含量的变化。结果表明:干旱胁迫下,与常规水分管理对照相比,4个玉米品种幼苗叶片中脯氨酸含量均随着胁迫时间的延长而增加;干旱胁迫解除后,恢复7 d正常灌溉,4个玉米品种幼苗叶片脯氨酸含量均降低,但还是略高于对照。干旱胁迫下,与对照相比,4个玉米品种幼苗叶片中MDA含量均随着胁迫时间的延长而增加;干旱胁迫解除后,恢复7 d正常灌溉,4个玉米品种幼苗叶片中MDA含量均降低,但还是略高于对照。     

干旱胁迫对辽宁省主栽玉米种子萌发的影响

以辽宁省主栽的9个玉米品种为试验材料,以聚乙二醇6000模拟干旱胁迫,研究干旱胁迫对玉米种子萌发的影响。结果表明:在20%PEG时,东单339、郑单958的发芽率较高,分别为100%和98%,长玉1与丹玉99较低,为52%和60%。不同品种发芽势的结果与发芽率相似。抗旱萌发指数以东单339和郑单958较高,长玉1和丹玉99较低。干旱胁迫对贮藏物质转运率、胚芽长和胚根长的伤害率均以东单339和郑单958较低,长玉1与丹玉99较高。由此可见,东单339和郑单958种子萌发期抗旱性较强,而长玉1和丹玉99则对干旱较为敏感,本研究为干旱地区种植玉米奠定了基础。     

NaCl胁迫下二倍体和同源四倍体西瓜幼苗DNA甲基化差异分析

【目的】研究二倍体和同源四倍体西瓜幼苗NaCl胁迫后形态学指标差异和DNA甲基化变化情况,分析不同倍性西瓜幼苗之间耐盐差异,结合形态学指标从表观遗传学角度解释二倍体和四倍体抗逆性差异机制。【方法】以3组不同倍性（二倍体、四倍体）西瓜幼苗为研究对象,待长至三叶一心时,用含有0、100、200、300和400 mmol·L^-1 NaCl的1/2 Hoagland营养液处理西瓜幼苗,NaCl处理8 d之后,鉴定西瓜幼苗受到的盐害指数,并运用甲基化敏感扩增多态性（methylation sensitive amplified polymorphism,MSAP）技术,分析NaCl处理8 d之后二倍体和四倍体西瓜幼苗叶片基因组DNA甲基化水平和模式的变化。【结果】NaCl处理后,形态学指标比较发现,随着NaCl浓度的增加,三组西瓜幼苗的受伤害程度都随着增加,在不同的西瓜品种之间受伤害程度有差异,但是同一品种内同一NaCl浓度下,西瓜幼苗受伤害程度二倍体大于四倍体;从甲基化水平看,西瓜幼苗基因组DNA全甲基化率、半甲基化率、总甲基化率都随着NaCl浓度的增加而降低,同一NaCl浓度处理下甲基化率二倍体大于四倍体,二倍体和四倍体西瓜甲基化水平与其受伤害程度呈正相关;从甲基化模式来看,NaCl胁迫后DNA的去甲基化比率降低,超甲基化比率升高,并且其变化幅度是四倍体大于二倍体,不同倍性西瓜幼苗的甲基化模式与其受伤害程度呈负相关。【结论】NaCl胁迫后西瓜幼苗基因组DNA的甲基化状态发生了变化,并且这种变化与NaCl胁迫程度高度线性相关,西瓜幼苗通过降低甲基化率和降低去甲基化比率来应对NaCl胁迫,四倍体较二倍体有更低的甲基化比率和去甲基化比率,抗逆性四倍体强于二倍体。     

玉米内源茉莉酸调节干旱胁迫下的光合作用和抗旱生理反应

[目的]本文旨在探究玉米内源茉莉酸(JA)在抗旱反应中的作用及对内源脱落酸(ABA)合成的影响。[方法]以玉米自交系B73和茉莉酸合成缺少突变体opr7opr8(opr)为试验材料,进行土壤干旱处理和快速干旱处理。土壤干旱处理:生长至V7时期植株断水,13 d后复水为干旱处理;以保持土壤湿润为对照。处理后1、4、7、10、13、16、19 d取样。研究干旱胁迫对B73及opr苗期叶片净光合速率(P_n)、气孔导度(G_s)、胞间CO_2浓度(Ci)、蒸腾速率(T_r),总超氧化物歧化酶(T-SOD)、过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)活性,丙二醛(MDA)、脯氨酸、可溶性蛋白含量的影响。快速干旱处理:切取V3时期幼苗地上部分,插入空试管为干旱处理;插入装满无菌水的试管为对照。各处理均置于28℃、相对湿度60%、光照强度为10 000 lx的生长箱中,分别于处理后0、1、3、6、9、12 h取样,采用RT-qPCR方法检测ABA合成通路关键基因Zm ZEP1、Zm NCED1和Zm AO1的表达情况。[结果]土壤干旱处理:对照中,opr的气孔密度小于B73,Ci值略低;干旱处理后,opr与B73的P_n、G_s和T_r值均下降,opr更敏感但下降速率慢。干旱7 d后,opr的净光合能力高于B73; T-SOD、POD和CAT活性呈现先上升后下降趋势,opr的酶活性下降时间晚于B73; MDA、可溶性蛋白和游离脯氨酸含量呈上升趋势,但opr的变化幅度小。植株快速干旱处理:opr和B73的Zm NCED1、Zm ZEP1和Zm AO1表达量在对照中无显著差异,干旱后均有上升,但opr中,Zm NCED1、Zm ZEP1及Zm AO1表达量低于B73。[结论]opr在土壤干旱条件下能够维持更高的叶片含水量、光合作用效率和抗氧化酶活性,细胞膜损伤较低,表明玉米内源JA在植物的抗旱反应中起重要作用,内源JA的缺少能够减少水分损失,提高在干旱条件下的生存能力。快速干旱条件下,内源JA的缺少降低了ABA合成途径中的3个关键酶活性,说明抗旱反应中ABA的合成被延缓,引起了ABA调控的植物抗旱反应延迟。     

水杨酸对水分胁迫下玉米根系膜脂过氧化的影响

本实验研究了水杨酸(salicylic acid,SA)处理对在7%聚乙二醇(PEG6000)水分胁迫下的玉米根系膜脂过氧化的影响.虽然玉米根系的过氧化氢酶(catalase,CAT)活性对SA很不敏感,但SA处理后根中仍有H2O2的积累.水分胁迫后,SA处理的玉米根系CAT活性显著高于相同胁迫时间的对照.H2O2含量高于相同胁迫时间的对照,但低于未经SA处理、未水分胁迫时的对照.MDA含量低于相同胁迫时间的对照.实验表明SA处理能减轻水分胁迫下玉米根系受到的伤害.     

盐胁迫下盐穗木DNA甲基化程度与去甲基化酶基因(Ros1)表达的相关性研究

【目的】甲基化和去甲基化协同调控的DNA甲基化直接影响逆境胁迫相关基因的表达,植物的DNA去甲基化主要由去甲基化酶基因Ros1(Repressor of Silencing 1)介导的碱基切除修复实现。开展盐穗木(Halostachys caspica)DNA甲基化程度与HcRos1表达动态变化的分析,有助于阐明DNA甲基化应答盐胁迫的分子机制。【方法】利用qRT-PCR测定盐胁迫下盐穗木幼苗同化枝和根基因组DNA的甲基化程度,探讨DNA的甲基化程度与去甲基化酶基因HcRos1表达的相关性。【结果】在相同NaCl浓度胁迫不同时间下盐穗木同化枝和根中DNA甲基化程度呈现先升高后降低的趋势,盐穗木同化枝中的DNA甲基化程度大多高于根中的基因组甲基化程度,且均在24 h达到最高DNA甲基化程度。而在不同浓度NaCl胁迫处理24 h时,盐穗木同化枝和根中DNA甲基化程度也是先升高后降低的趋势,盐穗木同化枝中的基因组甲基化程度高于根中的基因组甲基化程度,且多在100 mmol/L达到最高DNA甲基化程度。HcRos1的基因表达量在低浓度NaCl胁迫下变化不大,但在700 mmol/L NaCl胁迫72 h时则显著升高。【结论】HcRos1表达量与DNA甲基化水平呈明显的负相关,盐胁迫能够提高HcRos1的表达,降低基因组DNA的甲基化程度,增强植物的耐盐性。     

不同程度烟草白粉病感染秦烟99的DNA甲基化研究

[目的]了解烟草白粉病对秦烟99 DNA甲基化水平的影响，探明其DNA甲基化在胁迫条件下对烟草的调控作用。[方法]结合聚丙烯酰胺凝胶电泳检测技术，对不同程度感染烟草白粉病秦烟99的基因组DNA甲基化水平进行MSAP分析。[结果]DNA甲基化在白粉病胁迫条件下调控烟草生长，秦烟99感染白粉病程度越高，其DNA甲基化水平越高。[结论]该试验通过研究感染不同程度烟草白粉病的秦烟99间的表观遗传多样性，为探明秦烟99生态适应性获得的表观遗传机制提供理论依据。该试验结果丰富了烟草基因组甲基化方面的研究内容，为今后研究烟草表观遗传学提供一定的参考。