NaCl和Na2CO3对不同棉花基因组的DNA甲基化影响

【目的】探究不同盐胁迫后的棉花基因组DNA甲基化变化情况,并比较分析叶片和根部DNA甲基化变化差异,进而探究DNA甲基化与棉花耐盐性之间的关系。【方法】以陆地棉耐盐品种中9806和盐敏感品种中S9612为试验材料,分别用NaCl和Na2CO3（浓度均为0.4%）处理。提取对照和处理材料的DNA,进行双酶切、连接、预扩增和选择性扩增,然后采用MSAP技术（甲基化敏感扩增多态性）分析棉花幼苗在盐胁迫前后的DNA甲基化情况。从聚丙烯酰胺凝胶中回收纯化多态性片段并进行测序,通过NCBI进行比对分析;设计引物,用实时荧光定量PCR对多态性片段在棉花幼苗中的表达量进行验证。【结果】盐胁迫分析表明不同类型盐胁迫对棉花幼苗的影响不同;0.4%的中性盐NaCl对棉花幼苗的影响相对较小,各部分组织的形态变化不明显,而0.4%的碱性盐Na2CO3对棉花幼苗的影响较大,使棉花幼苗子叶变软,茎基部和根部发黑;MSAP分析结果表明,NaCl胁迫后中9806和中S9612叶片的甲基化比率分别为23.5%和27.7%,其中,全甲基化比率分别为20.3%和22.9%,根部的甲基化比率分别为24.7%和27.1%,其中,全甲基化比率分别为19.6%和21.6%;Na2CO3胁迫后中9806和中S9612叶片的甲基化比率分别为28.9%和28.1%,其中,全甲基化比率分别为24.3%和24.5,根部的甲基化比率分别为25.7%和27.6%,其中,全甲基化比率分别为21.5%和24.0%。叶片和根部甲基化水平存在差异,随着盐类型由中性盐向碱性盐转变的过程中,基因组DNA甲基化水平迅速增加,并在Na2CO3处达到最大值。通过分析胁迫以后的甲基化状态,在NaCl和Na2CO3胁迫后,中9806叶片的甲基化条带所占多态性条带比率分别为40.00%和50.00%,去甲基化条带所占多态性条带比率分别为54.12%和46.67%,中9806根部的甲基化条带所占多态性条带比率分别为35.53%和43.59%,去甲基化条带所占多态性条带比率分别为56.58%和51.28%。而中S9612叶片和根部中的甲基化条带比率和去甲基化条带比率的变化不明显。对多态性片段回收共获得6条序列,这6条序列涉及不同的同源基因,在基因编码区和非编码区均有分布,参与不同的代谢反应。qRT-PCR分析结果表明,6个同源基因在对照和处理之间的表达差异显著。【结论】耐盐性不同的棉花品种对盐胁迫反应不同,耐盐品种中9806在中性盐NaCl胁迫后基因组甲基化水平降低,诱导相关耐盐基因表达来抵抗胁迫而盐敏感品种中S9612则缺乏相应的耐盐基因使植株受到伤害增加,在Na2CO3处理以后受到伤害最大,对照与处理间甲基化水平差异显著,叶片和根部甲基化水平存在差异,具有组织特异性;多态性片段比对分析可知,同源性基因涉及多条代谢途径,通过多种代谢途径间的协同作用来抵抗胁迫。     

叶籽银杏DNA甲基化水平与模式变异的研究

以萌动期与展叶期的叶籽银杏和银杏为试材,采用基于DNA甲基化敏感扩增多态性分析（Methylation-sensitive amplification polymorphism,MSAP）方法,在全基因组水平上探究叶籽银杏、银杏不同发育期DNA序列中CCGG位点的甲基化水平及模式变化特征。萌动期选用22对引物,在叶籽银杏和银杏中检测到扩增位点为498和384个,甲基化位点为237和165个,其总甲基化率分别为47.6%和42.4%;展叶期选用40对引物,在叶籽银杏有叶生胚珠（YZ2）、无叶生胚珠（YC）及银杏（CK）叶片中检测到扩增位点767、600及367个,甲基化位点分别为370、244及152个,其总甲基化率分别为48.3%、40.5%及41.5%。进一步对不同发育期叶籽银杏、银杏DNA甲基化模式的变化特征进行分析,结果显示：萌动期、展叶期叶籽银杏与银杏相比均有超过半数的位点（52.1%、54.6%及64.2%）DNA甲基化模式发生多态性变化,萌动期叶籽银杏相对于银杏其变化趋势以超甲基化为主;展叶期叶籽银杏有叶生胚珠相对于叶籽银杏无叶生胚珠及银杏甲基化的变化趋势以超甲基化为主,叶籽银杏有叶生胚珠相对于银杏DNA甲基化模式变异幅度更大,超甲基化水平更高,显示出叶籽银杏基因组独特的DNA甲基化特征。     

桑树同源多倍体基因组DNA甲基化状态的MSAP分析

DNA甲基化被认为是研究同源多倍体表观遗传现象的最佳途径。以‘新一之濑’、‘陕桑305’和‘陕桑402’为材料,研究桑树同源多倍体基因组DNA甲基化水平及变化模式。共筛选出21对引物组合应用甲基化敏感扩增多态性技术（MSAP）,‘新一之濑’、‘陕桑305’和‘陕桑402’分别检测到507、507和511个位点。结果表明：从总体上看,‘陕桑305’、‘陕桑402’的总甲基化水平与‘新一之濑’的差异不大,桑树多倍化后甲基化模式发生了大量调整,主要以去甲基化类型（B型）为主,其次是过或超甲基化类型（C型）。由此推测,桑树同源多倍体可能通过DNA甲基化,在基因组加倍后,重新调控基因表达,从而表现出优势农艺性状。     

瓜实蝇DNA甲基化的MSAP体系建立与优化

瓜实蝇[Bactrocera cucurbitae(Coquillett)]是中国重要的蔬菜害虫,但其DNA甲基化研究尚未见报道。甲基化敏感扩增多态性是研究DNA甲基化的重要技术之一。通过对酶切反应、连接、PCR扩增和引物筛选等条件优化,建立瓜实蝇MSAP反应体系,即:120μL酶切体系中加入10 U的限制性内切酶与600 ng基因组DNA,于37℃酶切反应过夜;220μL连接体系中加入T4连接酶1 U,HpaⅡ-MspⅠ-adapter接头50 pmol,Eco R I-adapter接头5 pmol,并于16℃反应12 h;3连接产物稀释后进行PCR预扩增和选择性扩增,再经6%变性聚丙烯酰胺凝胶电泳和银染检测结果。通过该体系筛选出适用于瓜实蝇基因组DNA甲基化多态性研究的6对引物;瓜实蝇MSAP体系为瓜实蝇的表观遗传学研究提供了技术支持。     

蓖麻标雌/单雌/两性系花序MSAP反应体系的建立

为了建立Lm型雌性系蓖麻不同发育时期的标雌/单雌/两性系花序MSAP反应体系,提取不同类型不同发育时期的花序基因组DNA,混合成基因池;用EcoRⅠ和HpaⅡ/MspⅠ的组合,12 h可将DNA酶切完全;16℃条件下,将酶切产物与EcoRⅠ、HpaⅡ/MspⅠ接头过夜连接;连接产物用于预扩增。优化后的预扩增反应体系为10×PCR Buffer 2.5μL、d NTPs(10 mmol/L)2.5μL、Mg2+(25 mmol/L)2.0μL、模板2.0μL、E0扩增引物(10pmol/μL)1.5μL、H0扩增引物(10 pmol/μL)1.5μL、LA Taq(5 U/μL)0.25μL、dd H2O 12.75μL。预扩增产物稀释10倍后用于选择性扩增。优化后的选择性扩增体系为10×PCR Buffer 2.5μL、d NTPs(10 mmol/L)2.0μL、Mg2+(25mmol/L)4.0μL、模板3.0μL、EX扩增引物(10 pmol/μL)1.0μL、H/MX扩增引物(10 pmol/μL)1.0μL、LA Taq(5U/μL)0.30μL、dd H2O 11.2μL。     

干旱胁迫下披碱草属种间杂种F1的DNA甲基化MSAP分析

为了研究披碱草属种间杂种抗旱性优势的遗传机理，以加拿大披碱草（J1）、老芒麦(L1)及其种间杂种F₁为试验材料，经干旱胁迫处理，采用甲基化敏感扩增多态性（MSAP）方法，探究干旱胁迫后亲本及种间杂种F₁的DNA甲基化变化规律。结果表明，亲本材料L1和J1的DNA平均甲基化水平分别为45.41%和59.53%，杂种F₁的DNA甲基化水平为44.24%，说明杂种在形成过程中发生了DNA去甲基化作用。全甲基化在杂交种的DNA甲基化模式中占主导地位。干旱胁迫前亲本L1、J1和杂种F₁的DNA甲基化程度分别为32.73%、41.54%和28.00%，杂种F₁甲基化水平为亲本材料的75.40%；干旱胁迫后各材料的DNA甲基化程度均增加，平均增幅分别为14.99、20.44和19.78个百分点，说明干旱胁迫对不同材料DNA甲基化水平均有明显影响，且具有特异性。杂种F₁的抗旱性最强，其DNA甲基化水平低于亲本，说明杂交种的抗旱性与DNA甲基化水平存在一定的负相关。     

Sodium dehydroacetate treatment prolongs the shelf-life of ‘Kyoho’ grape by regulating oxidative stress and DNA methylation

In this study, we tested the ability of sodium dehydroacetate (SD) to extend the shelf-life of ‘Kyoho’ grape. Among the different concentrations of SD tested (0, 0.01, 0.1 and 1.0 mmol L^–1), 0.01 mmol L^–1 SD was the most effective in prolonging the shelf-life of ‘Kyoho’ grape. Compared with the control, the weight loss rate, browning index and hydrogen peroxide (H₂O₂) and malonaldehyde contents were significantly lower in the 0.01 mmol L^–1 SD treatment, whereas the healthy berry rate, berry firmness, total soluble solids (TSS) content, ascorbic acid content and superoxide dismutase (SOD) activity were significantly higher. In addition, an analysis of ‘Kyoho’ grape DNA using methylation sensitive amplification polymorphism (MSAP) markers showed that the average DNA methylation level was significantly higher in the 0.01 mmol L^–1 SD treatment than in the control. Together, these results indicate that 0.01 mmol L^–1 SD could be used to extend the shelf-life of ‘Kyoho’ grape. Moreover, a strong connection between reactive oxygen species (ROS) metabolism and DNA methylation change during storage was revealed.