入侵植物黄顶菊不同器官和不同发育阶段DNA表观遗传多样性变化特征

DNA甲基化是植物DNA普遍存在的一种表观遗传修饰方式,不仅在植物快速适应新环境中发挥重要的作用,还参与植物生长发育和器官分化特异性过程。本研究通过构建优化的甲基化敏感扩增多态性(MSAP)体系来分析入侵植物黄顶菊不同器官和同一器官不同发育阶段的组织甲基化变异特征。结果表明:器官特异性MSAP体系利用筛选的13对引物共扩增536条条带,其中引物EhHM7对表观遗传多样性贡献率最大,多态性百分比为92.45%;发育阶段特异性MSAP体系利用筛选的14对引物共扩增407条条带,其中EcHM1对表观遗传多样性贡献率最大,多态性百分比为80.56%。甲基化类型变异结果显示,黄顶菊不同器官(根、茎和叶)间以及同一器官不同发育阶段(老叶和嫩叶)的组织间均表现出显著的甲基化水平差异性,半甲基化、全甲基化和整体甲基化三种甲基化变异类型中茎组织的甲基化发生率最高,分别达到30.28%、19.37%甲基化率显著高于嫩叶组织,分别达到33.29%密集,且嫩叶较老叶密集,表明根个体间和茎个体间均存在较大的差异,这种个体差异大于黄顶菊叶片的个体间差异,且老叶的个体差异大于嫩叶,这种个体间差异在样品采集时不可忽视。所以,在利用表观遗传学方法进行黄顶菊入侵性的研究中,必须要制定科学的采样方案,把植物器官和生长发育阶段特异性作为一个重要因素考虑在内。     

不同甘蔗品种DNA甲基化分析

DNA甲基化是表观遗传修饰的主要方式之一,在基因表达调控中发挥着重要的作用。本研究应用甲基化敏感扩增多态性(MSAP)技术,在全基因组水平上研究不同品种甘蔗伸长期和成熟期CCGG位点的DNA甲基化水平及模式变化特征。结果表明,在伸长期,8个甘蔗品种检测到的DNA甲基化率为15.47%~29.03%;引物平均甲基化率为28.86%。在成熟期5个甘蔗品种中检测到的DNA甲基化为6.98%~14.94%。表明DNA甲基化在甘蔗中发生频繁,且品种之间的甲基化模式存在差异,甘蔗CCGG序列中胞嘧啶甲基化内侧胞嘧啶全甲基化多于外部胞嘧啶半甲基化。     

重离子辐射诱导水稻DNA甲基化变化的分析

为了研究不同剂量重离子辐射对植物产生的表观遗传学效应规律,采用2种不同的高传能线密度和不同剂量(0、0.2、2Gy)的12C6+放射流辐照干燥的水稻种子,分别选取辐射水稻三叶期及分蘖期的叶片,通过甲基化敏感扩增多态性技术(MSAP)进行CCGG位点的甲基化状态分析。结果表明,重离子辐射,尤其是高剂量的辐射明显造成水稻DNA甲基化的多态性水平的变化,其中DNA去甲基化的多态性水平明显高于DNA甲基化的多态性水平,且DNA甲基化位点更倾向于CNG。此外,利用全基因组甲基化测序进一步验证了重离子辐射对水稻DNA甲基化的影响。本研究结果为探讨空间辐射引起水稻表观遗传变化的分子机制提供了重要的理论依据。     

重金属镉胁迫下入侵植物黄顶菊表观遗传变异特征

为探究入侵植物黄顶菊在重金属镉(Cd)胁迫下耐受性获得的表观遗传机制,本研究通过网室盆栽试验模拟不同浓度Cd污染生境,采用甲基化敏感扩增多态性(MSAP)技术对不同Cd浓度胁迫[0(CK)、2(Cd-1)、4(Cd-2)和8(Cd-3) mg·kg^-1]处理植物叶片基因组DNA甲基化变异特征进行分析。结果表明,15对引物共扩增出726条甲基化条带,且引物多态性百分比为84.75%;随着Cd胁迫浓度的升高,黄顶菊叶片全甲基化和整体甲基化发生比例呈逐渐增加的趋势,Cd-1、Cd-2和Cd-3的全甲基化发生比例分别为CK的1.51、1.95和2.11倍,整体甲基化发生比例分别较CK升高了39.28、53.30和63.97个百分点;不同处理下叶片甲基化状态变化分析结果表明,Cd胁迫下黄顶菊基因组DNA重新甲基化和去甲基化2种甲基化模式均有发生,但以重新甲基化类型为主要变化模式;Cd胁迫下植物表型可塑性与表观遗传相关性分析结果表明,DNA全甲基化和整体甲基化水平与黄顶菊生长指标及地上部耐受性指数的表型可塑性呈显著负相关,与抗氧化酶活性、各组织Cd含量及富集与转移系数呈显著正相关。本研究结果从表观遗传学方向为入侵植物黄顶菊的防控提供了新思路。     

乙烯利处理对棉花子叶DNA表观遗传变化的甲基化敏感扩增多态性(MSAP)分析

棉花(Gossypium hirsutum L.)叶片早衰影响棉花产量和棉纤维质量,而乙烯利是一种重要的植物生长调节剂,对促进植物组织衰老有重要作用。DNA甲基化是表观遗传调控的重要组成部分,在高等植物的基因表达调控中发挥了重要作用。本研究应用甲基化敏感扩增多态性(methylation sensitive amplified polymorphism,MSAP)技术,探讨在不同乙烯利水平处理下,棉花子叶DNA甲基化水平和甲基化变化模式。结果显示,经300、500和700 mg/L乙烯利处理后,棉花子叶DNA甲基化比值分别为32.99%、35.45%和37.49%,都低于对照组(37.92%);和对照组相比,经不同浓度乙烯利处理后,棉花子叶DNA发生甲基化变化位点的比率分别是2.71%、3.63%和4.88%,而去甲基化位点的比率分别为10.66%、9.84%和9.23%,并且随着乙烯利浓度的增加,棉花子叶DNA甲基化位点与去甲基化位点之比逐渐提高;本研究鉴定了17个MSAP差异基因片段,这些片段与NCBI中已知的功能基因存在同源性,包括果胶甲酯酶基因、细胞色素P450、乙醇脱氢酶基因、肌动蛋白解聚因子、翻译延伸因子等和乙烯利诱导棉花子叶衰老相关基因。研究结果提示,在乙烯诱导棉花子叶衰老的进程中,DNA甲基化参与了棉花子叶衰老的调控,为从基因组水平上揭示乙烯诱导棉花衰老的调控机制提供理论依据。     

紫玉米籽粒呈色过程中DNA甲基化变化的MSAP分析

为了研究紫玉米籽粒呈色的分子机制,本研究以鲜食紫玉米自交系为材料,采用甲基化敏感扩增多态性技术,分析紫玉米籽粒生长发育过程中,呈色组织DNA甲基化水平和模式的变化。试验结果表明,紫玉米籽粒在授粉10d至40d的发育过程中,DNA半甲基化条带比率与全甲基化条带比率均随着籽粒的生长发育而逐渐升高,在授粉后10、20、30、40d,半甲基化条带比率分别达到8.12%、8.25%、8.90%和9.83%,全甲基化条带比率分别达到17.24%、17.76%、17.93%和18.14%。通过对甲基化表现呈多态性变化的8个片段回收、测序分析表明,DNA甲基化发生的位点既存在于基因组的编码区,也存在于非编码区。本研究为探讨紫玉米籽粒发育及其色素积累的分子机制提供参考依据。     

二倍体和同源四倍体西瓜的DNA甲基化差异分析

为了解植物不同倍性之间的表现遗传差异,对3个西瓜（Citrullus lanatus）品种克西、中金和枚选的纯合二倍体和同源四倍体进行甲基敏感扩增多态性（MSAP）分析,10对引物共扩增546条带,其中,二倍体较同源四倍体材料之间有3条特异性条带,这些特异性条带无品种差异,系倍性不同所致。带型变化表明,同源四倍体较二倍体有DNA甲基化减少和单链增加现象,但从DNA甲基敏感多态性差异上来看,品种内二倍体和同源四倍体间的DNA甲基敏感多态性差异不大,仅0.02%左右。     

低温解除牡丹休眠进程中基因组DNA甲基化敏感扩增多态性(MSAP)分析

DNA甲基化是表观遗传调控的重要组成部分,在真核生物的基因表达调控中发挥了重要作用。本实验研究了感受0、6、12、18和24d4℃低温的牡丹(Paeonia suffruticosa)鲁荷红移入温室后的萌动和开花表现,并对其进行了甲基化敏感扩增多态性(methylation sensitive amplified polymorphism,MSAP)分析。结果表明,4℃低温处理18d可解除鲁荷红内休眠,继续增加低温则进入生态休眠阶段。MASP分析表明,牡丹内休眠期间花芽内DNA甲基化程度很高,甲基化位点占总位点比率的60%以上,以半甲基化为主,在低温处理进程中,甲基化水平总体呈下降趋势。与未经低温的对照相比,约50%的位点发生了甲基化模式变化,低温6、12、18和24d去甲基化位点数和比例分别为97(17.1%)、104(18.6%)、148(24.6%)和218(36.1%),过甲基化的位点数分别为197(34.7%)、137(24.6%)、95(15.8%)和79(13.1%)。研究结果提示,DNA甲基化参与了牡丹内休眠的调控。     

玉米纹枯病菌侵染的病理学观察及基因组甲基化敏感扩增多态性分析

植物基因组DNA甲基化的变化是调节基因功能的重要手段,是生物体应对各种胁迫的表观遗传反应.本研究对玉米(Zea mays)高耐纹枯病材料R15和高感纹枯病材料478进行人工接种纹枯病病菌(Rhizoctonia solani Kühn),利用扫描电镜及数码拍照技术观察病菌侵染自交系R15的病理学变化,结果显示,菌丝主要通过叶鞘部位气孔进行侵染,病斑大小的变化表明病菌对寄主的侵染具有一定的梯度性;利用基因组甲基化敏感扩增多态性(MSAP)技术,采用24对选择性扩增引物对两个抗性不同玉米材料接菌0、6、12和24 h的DNA甲基化模式进行分析,结果显示,两个材料中半甲基化水平均呈上升趋势,且R15变化幅度较大,全甲基化水平呈现先上升后下降的趋势.本研究表明,DNA甲基化与玉米纹枯病抗性反应密切相关,在抗性反应调节系统中可能起重要的作用.     

不同氮水平对原产地和入侵地飞机草(Chromolaena odorata L.)DNA甲基化的影响

为探究原产地和入侵地飞机草DNA甲基化多态性的变化和氮营养水平对飞机草DNA甲基化多态性的影响,本文用水培法分别培养来自原产地墨西哥和入侵地西双版纳的飞机草(Chromolaena odorata L.),对两地飞机草进行了高氮(315 mg·L-1)、正常(中)氮(210 mg·L-1)和低氮(105 mg·L-1)3种氮水平处理,采用MSAP(甲基化敏感扩增多态性)技术测定试材的DNA甲基化水平。结果表明,无论是原产地还是入侵地的飞机草,在高氮和低氮处理条件下均发生了DNA甲基化水平和模式的改变;且入侵地飞机草DNA甲基化水平高于原产地飞机草,飞机草DNA甲基化水平都随着氮供应水平的升高而升高。本研究为从表观遗传角度揭示外来植物的入侵机制提供依据。     

大梅组合中亲子代甲基化差异及其与生产性状的关系

为了探讨DNA甲基化对杂种优势的影响,采用了甲基化敏感随机扩增PCR技术(methylation-sensitiveAP-PCR,MS-AP-PCR),利用40条随机引物对大梅组合亲子代基因组DNA进行了扩增.结果在RsaⅠ+HpaⅡ酶切扩增片段中,有19个位点在亲子代出现差异;在RsaⅠ+HpaⅡ酶切扩增片段中,有14个位点在亲子代出现差异.亲子代间甲基化状况可归纳为4种类型(1)亲子代甲基化水平相同;(2)单亲与F1代甲基化水平相同;(3)同亲代相比,F1代发生甲基化;(4)同亲代相比,F1代去甲基化.5个甲基化变化位点对7个生产性状产生显著的影响(P＜0.05).通过对生产性状产生显著影响的片段序列分析发现,这些序列在GenBank中有同源序列(同源性高于87%);3个片段G+C%大于50;所有片段CpG岛观测值/期望值都大于0.6;而且,有一个片段含有G/C盒.表明基因启动子区域CpG岛甲基化在亲子代出现差异;不同甲基化位点对杂种生产性状的作用方向不同,说明杂种优势的表现既与有些基因的表达有关,也与有些基因的表达抑制有关.     

PEG模拟干旱胁迫对石斛DNA表观遗传变化的MSAP分析

利用甲基化敏感扩增多态性(methylation-sensitive amplification polymorphism,MSAP)技术,研究不同聚乙二醇(PEG-6000)处理浓度下霍山石斛基因组DNA的甲基化水平和变化模式.结果表明:经5%、10%和15%PEG-6000处理的霍山石斛DNA甲基化比率分别为34....     

37份龙眼种质资源亲缘关系的ISSR分析

本研究利用ISSR技术对37份龙眼种质资源进行遗传多样性检测。研究结果表明,从100条ISSR引物中筛选出7条重复性好,条带清晰的引物对37份龙眼品种基因组DNA进行扩增,共扩增出54条带,其中43条具有多态性,比率为79．6％。不同龙眼品种间遗传相似系数变幅为0．69～0．97,平均达0．83,说明ISSR标记能够揭示材料间较高的遗传多样性。UPGMA聚类结果表明,ISSR标记能将37份龙眼品种完全区分开,并能将来源于中国、越南和泰国的37份龙眼品种分别聚类到中国、越南和泰国三大品种群,说明龙眼品种资源的亲缘关系与地理因素有关,三个国家的龙眼品种之间存在较大的遗传差异。本研究结果将为为龙眼品种资源的研究利用提供参考。     

利用差减链式反应构建白菜基因组代表性文库

构建多态性比例高的基因组代表性文库是提高芯片和测序基础上的标记技术效率的关键。通过差减链式(differential subtractive chain, DSC) 反应,去除同一物种内的不同栽培种群间不具多态性的片段,能够提高基因组代表性文库中多态性片段的比例。研究利用白菜类作物（Brassica campestris） 8个栽培种群的材料构建tester DNA样品,利用水菜(B.campestris ssp. nipposinica) DNA作为driver样品。这两个DNA样品经EcoRⅠ/Mse Ⅰ酶切,酶切产物连接不同的接头。3遍DSC反应后,将反应产物连接到pDONR201载体中,构建基因组复杂性降低文库。分2批随机取其中20个单克隆和95个单克隆,分别进行Southern斑点杂交,结果分别显示9个和98个多态性片段,其比例分别为45%和61%,较之前关于多态性芯片技术的相关研究中15%～17%的多态性克隆比例大大提高。     

镉胁迫下二倍体和同源四倍体油菜DNA甲基化差异分析

二倍体与四倍体在逆境抗性上的差别可以从表观遗传学的角度予以解释。本研究以“矮脚黄”纯合二倍体和同源四倍体油菜为材料,采用DNA甲基化敏感扩增多态性分析（Methylation-sensitive amplification polymorphism,MSAP）方法和HDA-GT12TM全自动凝胶毛细管核酸电泳检测技术,在全基因组水平上研究了CdCl2胁迫下油菜二倍体和四倍体DNA序列中CCGG位点的甲基化水平及模式变化特征差异。采用56对引物在4个处理样品中共检测出9 687个基因位点。结果显示,二倍体和四倍体在镉胁迫下,其总甲基化水平、全甲基化水平和半甲基化水平较各自的对照均有一定程度的上升。由此可见,镉胁迫导致四倍体和二倍体甲基化水平的提高,但四倍体基因组在镉胁迫下拥有更高的DNA甲基化水平。DNA甲基化模式分析表明,镉胁迫导致二倍体和四倍体的过甲基化位点数均高于去甲基化位点数,二者在镉胁迫下去甲基化位点数差异不大,但四倍体发生过甲基化的位点数要明显多于二倍体。     

切花菊‘长紫’辐照后代减数分裂行为及ISSR遗传变异分析

通过细胞学和分子标记技术对切花菊‘长紫’辐照后代进行分析,探讨辐射诱变机理,为菊花辐射育种提供理论依据。结果发现,辐照后代在减数分裂后期Ⅰ和后期Ⅱ出现落后染色体和染色体桥的异常率明显高于空白对照,且随着剂量升高异常率增加,两种异常现象发生的最高比率后期Ⅰ分别为9.0%和11.3%,后期Ⅱ为15.5%和8.6%。用21个ISSR引物扩增得到多态性条带112条,多态性比率71.3%,表明DNA在不同程度上发生了变异。通过UPGMA法将它们分为5类,聚类结果基本上与花型和花色的变异类型相关。     

不同动物部分组织基因组甲基化程度的差异分析

应用甲基敏感扩增多态性(MSAP)技术,检测和分析了猪、牛、羊、小鼠、鸡和鸭基因组的甲基化程度。结果表明,对CCGG位点,实验中检测的几种动物的甲基化程度多数在0.40￣0.50之间(不包括牛);不同动物来源相同组织基因组的甲基化程度不同,相同动物不同组织基因组的甲基化模式具有特异性;同一种动物,组织基因组的甲基化程度一般都高于血液基因组;另外,哺乳动物与禽类基因组甲基化程度未发现较大的差别,但哺乳动物基因组全甲基化位点较多,半甲基化位点较少。     

马铃薯遗传资源多样性的SRAP分析

采用SRAP分子标记，对44份马铃薯品种的遗传多样性进行了分析。结果显示, 随机抽取27对SRAP引物，对基因组DNA进行特异扩增，其中23对引物扩增出多态性条带，共获得104个多态性条带, 多态性引物比率达85.2%, 平均每对引物产生4.5个多态性条带，表明SRAP标记具有较高的多态性比率。44份种质资源的SRAP标记遗传距离为0.147-0.741。当遗传距离D=0.67时，将44份种质资源分为四大类群，包括一个复合类群和三个独立类群。其中复合类群可进一步分为7个亚群。从而在DNA水平上证明了所研究马铃薯种质资源具有丰富的遗传多样性。