植物群体DNA甲基化研究进展

DNA甲基化是表观遗传学的重要组成部分,通常发生在植物胞嘧啶碱基中,包含CG、CHG、CHH三种类型。植物群体中DNA甲基化的变异是植物表型和基因表达变异的重要来源之一。对植物群体DNA甲基化的研究,弥补了群体遗传学中不符合孟德尔遗传定律的表型的重要认识,有利于进一步阐明群体表观遗传变异的遗传来源、因果关系,能更清楚地解释植物对于生长环境的适应性以及植物种内和种间多样性,对于解析表观遗传与复杂表型之间的关系也至关重要。本文主要回顾了植物群体中DNA甲基化在进化、遗传多样性、群体遗传稳定性与变异,及其在基因表达中的作用研究进展,以及展望了植物群体DNA甲基化新的研究手段和研究主题方面的前景,旨在为植物群体DNA甲基化研究提供帮助。     

植物DNA甲基化与体细胞无性系变异的研究进展

为更好地理解植物DNA甲基化在植物体细胞无性系变异中表观遗传的调控作用,为体细胞无性系变异研究及作物遗传改良提供理论参照,对DNA甲基化的产生及维持机制、生物学作用以及体细胞无性系变异中DNA甲基化模式重建进行了综述。     

表观遗传研究在棉花育种中的应用

表观遗传学是近年来新兴起的生物学学科,主要研究在没有DNA序列改变情况下基因功能可逆的、可遗传的变异。介绍了表观遗传学的概念、研究范畴及相关进展,分析了棉花的生物学特性及育种的特点和难点,并提出了在棉花育种中开展表观遗传研究的利用。     

表观遗传变异与作物遗传改良

植物天然群体中存在大量遗传变异,这些变异是随机突变和自然选择的结果,也是物种赖以生存和进化的原料.此外,不同植物种间乃至属间的天然远缘杂交是经常发生的事件,也是新种形成的重要方式,而远缘杂交为高度分歧的物种之间的基因交流提供了机会,因此也是产生新的遗传变异的重要途径.近年来的大量研究表明,植物天然群体中还存在一类不基于DNA序列差异的变异,被称为表观遗传变异(epigeneticvariation).植物发生远缘杂交以及此后的多倍体化过程可以产生大量的表观遗传变异,其遗传行为不能用经典遗传规律解释.表观遗传变异的另外一个重要来源是环境中的各种生物和非生物胁迫.研究较深入的表观遗传变异主要是编码基因和转座子DNA甲基化水平和模式的改变,但可以推测与之相关的组蛋白修饰和染色质结构也可能发生变化.目前对此类表观遗传变异的分子机理尚缺乏深入研究,但不难想像可能与各类non-coding RNA有关.这些表观遗传变异的后果是基因表达的大规模改变并由此产生新表型.作物远缘杂交育种实践表明,这些不能用经典遗传学理论解释的变异中蕴含许多在育种上有重要价值的变异并可能与杂种优势密切相关,对它们的产生机理和遗传规律的深入解析将有助于其在作物改良中的有效利用.     

植物DNA甲基化与表观遗传

非DNA序列遗传信息的传递称为表观遗传,它不涉及基因序列的改变,不符合孟德尔式的遗传方式。其中DNA甲基化是一种重要的表观遗传修饰方式,是调节基因组功能的重要手段。简要论述了植物DNA甲基转移酶、甲基化方式、发生位置及DNA甲基化所引起的表观遗传现象。     

基于机器学习方法的拟南芥基因组DNA复制时间预测研究

【目的】基于机器学习方法,构建拟南芥基因组DNA复制时间分类器,探究与复制时间相关的表观遗传修饰,为进一步研究DNA复制时间的表观遗传调控机制提供参考。【方法】收集拟南芥全基因组的DNA复制时间数据和多种DNA表观遗传修饰特征(ChIP-Seq)数据,以及染色质开放状态(DNase-Seq)数据,先通过t-SNE初步对DNA表观遗传修饰特征数据降维来衡量DNA复制早晚的可预测性,并利用皮尔逊相关系数计算了多种DNA表观遗传特征与DNA复制时间信号两两之间的相关性,再通过构建随机森林、多类别逻辑回归和支持向量机3种分类器对DNA复制时间进行建模分析,以十折交叉验证和ROC曲线下的面积(AUC)为衡量指标,用80%的数据建模,20%的数据对模型效果进行验证。【结果】3种分类器对DNA复制时间都具有良好的预测能力,平均AUC均达0.8以上。DNA复制早期信号与RNA聚合酶Ⅱ结合信号以及染色质开放状态信号等呈正相关,而复制晚期信号则与其呈负相关。其中H3.1、H3.3、H2AW、H4K16ac、H3K36me3、H3K4me3均可能与DNA复制时间存在密切关系。【结论】拟南芥基因组DNA复制时间可以通过表观遗传修饰进行准确预测,其中对DNA复制晚期的预测最为准确;并发现了与DNA复制时间关系密切的组蛋白变体及表观遗传修饰。     

植物远缘杂交和多倍体化中的表观遗传变异

植物不同种间乃至属间的天然远缘杂交是经常发生的事件，是新种形成的重要方式，也是人工培育作物新品种的有效手段。但关于杂交导致新种形成的过程和机制一直不清楚。近年来的研究表明，植物发生远缘杂交以及此后的多倍体化过程可以产生大量的、不能用经典遗传规律解释的可遗传变异，其中大部分变异是表观遗传变异（epigenetic variation）。已经发现的杂交及多倍体化诱导产生的表观遗传变异主要是编码基因和转座子DNA甲基化水平和模式的改变，但可以推测与之相关的组蛋白修饰和染色质结构也可能发生变化。目前对此类表观遗传变异的分子机理尚缺乏研究，进一步对植物远缘杂交和多倍体化诱导产生后的表观遗传变异的深入研究将有助于理解这类变异的进化意义及其在作物改良中的更有效的利用。     

关于DNA甲基化的研究

DNA甲基化是表观遗传学中最重要的机制之一,是主要发生在CpG双核苷酸序列中胞嘧啶上的一种表观遗传修饰。本文就DNA甲基化的涵义、检测方法、在植物研究中的应用、面临的问题以及未来的前景进行综述,从而为DNA甲基化在表观遗传学中的研究提供理论参考。     

外源DNA导入技术及其在小麦育种中的应用

外源DNA导入技术打破了植物科、属、种的界限,甚至能对动植物的遗传物质进行置换,变异类型广,是一种建立在DNA分子操作基础上的新的育种途径。小麦是较早进行分子育种的作物之一,本文对外源DNA导入技术的发展、导入后代的变异、导入后的变异机理及其在小麦育种中的应用和存在的问题进行了综述。     

关于DNA甲基化的研究

DNA甲基化是表观遗传学中最重要的机制之一,是主要发生在CpG双核苷酸序列中胞嘧啶上的一种表观遗传修饰。本文就DNA甲基化的涵义、检测方法、在植物研究中的应用、面临的问题以及未来的前景进行综述,从而为DNA甲基化在表观遗传学中的研究提供理论参考。     

组培红叶臭椿遗传变异的RAPD分析

[目的]研究组织培养条件下红叶臭椿的遗传变异,为进一步遗传育种提供理论依据。[方法]以组培红叶臭椿苗为试材,通过CTAB法提取其基因组DNA,利用RAPD技术对其遗传稳定性进行相关分析。[结果]由同一母株茎尖再生的组培苗遗传物质稳定,在DNA水平上经RAPD鉴定未见明显变异,保持了母株的特性;遗传聚类结果显示,组培苗之间相似系数较高,母株与7个组培单株之间相似系数平均为0．8988,变异幅度很小,进一步证实同一母株茎尖培养后的组培苗后代具有较高的遗传稳定性。[结论]茎尖再生植株具有较好的遗传稳定性。     

冬小麦产量性状的配合力及遗传规律研究

采用Griffing方法I,利用 6× 6完全双列杂交 ,对冬小麦 5个产量性状的配合力、基因效应及遗传组成进行了研究。结果表明 :①品种的GCA效应与其产量性状高度相关 ,SCA效应与F1的产量表现高度相关。②株高、单株成穗的遗传受基因加性、非加性和母体效应的共同作用 ,以加性效应占优势 ;千粒重和单株产量的遗传决定于基因加性效应和非加性效应 ;而穗粒数的遗传纯由加性效应控制。③株高和千粒重的遗传方差中 ,加性方差所占比例分别为 85.75%和 6 7.72 % ,其遗传决定度也较高 ,分别达 76 .4 5%和 6 9.31% ;而单株成穗和单株产量的遗传受显性基因作用较大 ,其狭义遗传力分别只有 33.0 4 %和 10 .71%。     

转几丁质酶基因水稻抗纹枯病性及农艺性状遗传特性

[目的]揭示转基因水稻的纹枯病抗性及其非目标变异性状的遗传特性,为合理利用转基因水稻进行抗病育种提供理论指导.[方法]以海转A为父本、竹籼B为母本杂交,通过对杂交F1和F2代的抗病性状进行分析,揭示海转A的纹枯病抗性和部分非目标变异性状的遗传特性.[结果]转基因海转A除抗纹枯病性较非转基因亲本竹籼B有显著提高外,还存在穗粒数和千粒重两个非目标性状的变异,穗粒数较竹籼B增加44.2%,而千粒重降低12.1%.海转A的抗纹枯病性表现为存在主效基因的多基因数量遗传特性,而穗粒数和千粒重表现为典型的数量性状遗传;此外转基因海转A的抗病性、穗粒数和千粒重3个性状的变异系数均显著大于竹籼B,说明其稳定性较低.[结论]外源抗病基因的导入提高了水稻的抗病性,这种影响以主效基因的形式表达;而外源基因导入引起非目标性状的变异,但没有改变其原有的典型数量性状遗传特征.     

大豆高脂肪组合F5代脂肪含量遗传及与亲本相关性的研究

[目的]研究大豆高脂肪组合初世代脂肪含量遗传及与亲本的关系。[方法]选择高产或高脂肪的7个大豆亲本,采用NCII设计,配成8个组合。[结果]F5代脂肪含量的变异大小与双亲脂肪含量的差异有关,双亲的差异越大,F5代脂肪含量的变异程度也越大。双亲脂肪含量均高,且双亲熟期差异较大,F5代出现高脂肪材料的几率高。F5代脂肪含量与双亲的差值呈显著负相关;与父本的脂肪含量呈显著正相关;与母本脂肪含量及中亲值呈极显著正相关。[结论]该研究结果为高脂肪大豆选育提供参考。     

贵州油菜品种资源研究进展

贵州油菜品种资源研究，先是从1951年到1994年在全省共进行了大小25次搜集，整理鉴定出地方品种资源715份，引进品种120份。同时进行了地方品种资源的分类、生态类型、植物学特性、品质特点、品质相关、抗病性鉴定、无融合生殖现象观察和裂果性变异及遗传等研究，及其在育种中的利用情况。目前正在进行油菜地方品种的DNA图谱研究。     

大豆磁诱变育种新方法的探索初报

大豆磁诱变育种的试验表明,利用0.12～0.16 T高强恒定磁场处理大豆花器官方法简便,对大豆具有诱导性状变异的作用,许多由磁诱变的性状变异能够传给后代,并稳定早,可缩短育种年限.通过对变异后代进行田间筛选,获得早熟、丰产、花色等突变类型,为大豆育种提供了较丰富的遗传变异基础材料.     

微卫星DNA对外源基因遗传的影响

试验通过转绵羊金属硫蛋白启动子-猪生长激素(oMT-pGH)基因和转绵羊金属硫蛋白启动子-猪生长激素-微卫星DNA(oMT-pGH-microsatellite DNA)基因猪的连续传代.分析了后代中转基因阳性猪的比例,并比较了两种转基因猪的遗传效果.结果发现,外源基因的传代不稳定.世代中转基因个体的比例在逐代降低;Microsatellite DNA片段在转基因猪的传代中没能显现出提高整合率的作用.     

卫星搭载处理后辣椒突变系的分子生物学分析

[目的]为了从生化与分子水平上研究卫星搭载后辣椒突变后代的遗传变异性。[方法]对卫星搭载后的辣椒种子返地种植,经田间初步筛选,采集生长期顶端嫩叶,对SP1~SP4代进行蛋白质的SDS-PAGE电泳和RAPD检测分析。[结果]卫星搭载后辣椒叶片中的蛋白发生了变异,与对照有明显差异,SP2代起蛋白条带比对照增加了2条,分子量分别为15.0 kD和27.0 kD,且这种变异能够稳定遗传。RAPD分析表明,所用45个随机引物中有6个引物扩增出了条带,其中5个引物扩增出了特异条带。卫星搭载后的辣椒植株DNA突变程度为:S23=7.2%,S27=1.6%,S33=2.4%,S62=3.2%,S68=13.6%。突变后代在DNA水平上与对照存在差异,说明突变体基因发生了点突变或染色体互换、缺失。[结论]该研究对于辣椒空间育种具有重要的指导意义。     

白术主要性状遗传分析与优良产地和优株选择

为期2 a,通过对全国8个省(市)20个产地白术Atractylodes mcrocephala秧苗(术栽)栽培遗传试验,发现白术根茎原药材规格质量参差不齐.主要原因是:种植材料非常混杂,至今尚无品种.遗传分析表明,各主要性状在产地间和个体间都存在广泛的遗传变异,而且大多数性状遗传力中等或强,进行选择可获得较好的遗传改良效果.根据白术遗传变异特点与产地试验和选优株实践,得出天台县石梁和临安市西天目山是白术优良产地,并制定了优株选择方法和标准.表3参4