冷驯化不同阶段茶树DNA甲基化模式的变化

低温胁迫是影响茶树产量、生长发育和地域分布的重要环境因子之一,需要通过冷驯化的诱导来提高其抗寒性。DNA甲基化是植物表观遗传的重要方式,环境胁迫会引起植物DNA甲基化状态的改变。为研究DNA甲基化是否参与茶树的低温响应,本研究利用甲基化敏感扩增多态性技术(MSAP)和高效液相色谱法(HPLC),分析了不同冷驯化阶段茶树基因组DNA甲基化水平及状态变化。MSAP分析结果表明,50对选择性扩增引物在对照、驯化后和脱驯化样品中分别扩增出905、968和970个甲基化条带,总甲基化位点比例分别为50.6%、54.1%和54.2%。与未驯化的样品相比,冷驯化后和脱驯化的样品基因组DNA甲基化水平升高。HPLC的检测结果与MSAP结果类似。进一步分析甲基化模式发现,与对照相比,茶树冷驯化过程中同时发生了甲基化和去甲基化现象,但总体变化趋势表现为甲基化水平的增加。表明茶树在抗寒响应中出现DNA甲基化现象。     

小麦与叶锈菌互作前后基因组甲基化模式分析

首次使用甲基化敏感扩增多态性(MSAP)技术分析两种小麦材料近等基凶系TcLrl9及其感病亲本Thatcher 的甲基化水平,同时比较了苗期接种叶锈菌生理品种THlTr前后基因组DNA胞嘧啶甲基化模式.60对选扩引物对接种前后的小麦DNA进行全基因组筛选,共得到3 554个片段.其中998个片段是两种甲基化模式中的一种,小麦近等基因系TcLr19及其感病亲本Thatcher的甲基化水平约为28.1%.在所有的引物中,并没有直接分离得到接菌前后的甲基化模式的差异.结果初步表明,叶锈菌可能并没有诱导植物基因组DNA胞嘧啶位点的甲基化模式变化.     

DNA甲基化对橡胶树老态和幼态无性系茎围差异的影响

茎围是影响橡胶树胶乳产量的因素之一。橡胶树的幼态无性系和老态无性系,由同一棵树不同部位的芽嫁接获得,它们的DNA序列相同,但产胶量却存在差异。为明确橡胶树老态和幼态无性系茎围差异与基因组DNA甲基化差异的表观遗传关系,本研究先测量橡胶树老态和幼态无性系的茎围。然后利用MSAP技术分析橡胶树老态和幼态无性系的DNA甲基化差异。SAS分析结果显示：幼态无性系茎围为(39.40±3.14) cm,老态无性系茎围为(37.01±3.52) cm,差异达到显著水平;MSAP结果显示：橡胶树老态和幼态无性系DNA甲基化水平和DNA甲基化模式均有差异。幼态无性系的DNA甲基化水平为36.5%,高于老态无性系的27.2%。老态和幼态无性系中维持甲基化、重新甲基化和去甲基化模式都有发生。和老态无性系相比,幼态无性系发生模式变化最多的重新甲基化。对差异条带回收克隆比对后,检索到与拟南芥的抗旱性等基因同源性很高。这些差异可能是导致橡胶树老态和幼态无性系间茎围差异的原因之一。     

二倍体及四倍体枳橙DNA甲基化变异的MSAP分析

为探讨染色体加倍对四倍体枳橙(Citrus sinensis (L.) Osb.×Poncirus trifoliate (L.) Raf.)叶片基因组DNA甲基化修饰的影响,明确四倍体枳橙基因组DNA甲基化水平及模式的变化特征。本研究以枳橙二倍体为对照,利用MSAP分子标记技术对同源四倍体枳橙叶片基因组DNA甲基化水平及模式变化进行分析。结果表明,10对选择性扩增引物共扩增出775条条带,二倍体和同源四倍体枳橙扩增带数分别为391条和384条,对应的总甲基化率分别为31.97%(含全甲基化率16.37%,半甲基化率15.6%)和31.25%(含全甲基化率18.49%,半甲基化率12.76%);MSAP扩增条带统计表明,同源四倍体的总甲基化率变化较小,全甲基化率高于二倍体,半甲基化率较二倍体均有所降低,相比二倍体对照,四倍体枳橙叶片基因组DNA主要发生了甲基化模式的变化。     

双胚苗水稻来源的单倍体、二倍体及其杂交F1的DNA甲基化位点分析

全基因组倍增或多倍化, 伴随着基因丢失和二倍化进程, 被认为是植物进化的重要推动力量。DNA甲基化与miRNA的表观遗传调控机制在植物生长发育及进化过程中起着重要的作用。本文采用MSAP (甲基化敏感扩增多态性)技术分析同一双胚苗水稻来源的单倍体、二倍体及其杂交F₁的基因组DNA 5'-CCGG位点胞嘧啶的甲基化及遗传特点。对部分甲基化位点进行切胶、回收、测序及功能注释, 并结合miRNA靶基因预测探讨特定甲基化位点的遗传特点及其与miRNA的相关性。16对选择性扩增引物在双亲及杂交F₁中共检测了462个DNA甲基化位点, 杂交F₁甲基化水平平均为43.20%, 与双亲相差不大(单倍体为46.75%, 二倍体为41.99%)。以TargetFinder软件分析发现其中的7个甲基化位点基因序列上存在1~4个miRNA的结合位点, 这些基因的功能注释包括逆转录转座子蛋白、ras相关蛋白、H2A/H2B/H3/H4核心组蛋白等。同时, 探讨了逆转录转座子在植物进化中的作用。研究结果为进一步阐明水稻基因组倍增过程中DNA甲基化与miRNA的关系提供了参考。     

马铃薯茎尖玻璃化法超低温保存后DNA甲基化的遗传变异

对青薯9号、大西洋、小白花和E1074种基因型的马铃薯茎尖进行玻璃化法超低温保存,并运用甲基化敏感扩增多态性(MSAP)技术分析4种材料超低温保存前后DNA甲基化的的变异情况。结果表明:经玻璃化法超低温保存,四个品种的成活率分别为86.93%、78.03%、71.57%和65.82%。成活率和再生率因基因型而异,且不同基因型之间的差异显著。用MSAP技术分析超低温保存前后植株甲基化的结果显示:用16对引物组合对4个品种进行扩增,平均扩增出493条带;与对照相比,4个品种基因组的CCGG序列中有8.4%~14.3%DNA发生甲基化变化。经超低温保存后,去甲基化和甲基化都有发生,并以去甲基化变化为主要趋势。本文运用MSAP技术对马铃薯超低温保存前后植株进行胞嘧啶甲基化分析表明,使用MSAP检测超低温保存后再生植株DNA甲基化遗传变异非常有效。     

青枯菌诱导下花生基因组DNA表观遗传变化的MSAP分析

以高感青枯病品种中花12号和高抗青枯病品种远杂9102为材料,调查青枯菌接种12 h后花生基因组DNA的甲基化水平和变化模式。甲基化敏感扩增多态性(Methylation-sensitive amplification polymorphism,MSAP)分析表明,正常生长的中花12号和远杂9102的基因组DNA甲基化比率均为35.1%,经青枯菌接种12 h后,中花12号降低到31.3%,而远杂9102的基因组DNA甲基化比率则升高至37.2%。与对照相比,青枯菌接种12 h胁迫下中花12号和远杂9102基因组DNA的甲基化和去甲基化分别为5.9%,12.4%,18.3%,11.9%。由此推测,高抗青枯菌的花生经青枯菌侵染后基因组DNA某些位点的甲基化状态发生变化而使基因表达发生了改变,产生或启动对青枯菌胁迫的能动应激机制。     

马铃薯不同株系之间的DNA甲基化变异研究

为探究马铃薯不同株系之间DNA甲基化变异情况,利用甲基化敏感扩增多态性(MSAP)技术对来源于同一马铃薯品种的3个株系进行分析。结果表明:筛选出6对引物组合,3个株系(3-4,17-1,9)MSAP比率分别为31.7%,38.1%和36.4%,全甲基化率分别为19.2%,23.7%和21.5%。株系之间的甲基化变化模式包括甲基化和去甲基化变异。在甲基化变化类型中,偏向于产生由全甲基化到过甲基化的变化;而在去甲基化变化类型中,偏向于由全甲基化到无甲基化和由过甲基化到无甲基化。研究结果证实不同马铃薯株系之间DNA甲基化变化存在差异,为马铃薯新株系选育提供理论依据。     

栽培稻×药用野生稻种间杂种基因组DNA甲基化的遗传与变异研究

为了探索栽培稻与药用野生稻种间杂种体内异源基因组重组引起的DNA甲基化变异规律,及其生物学效应,利用甲基化敏感扩增多态性(MSAP)技术对辽粳944、药用野生稻及其杂种F_1不同发育时期的叶片和小穗基因组DNA甲基化水平和模式的遗传变异特点进行了分析。结果表明,辽粳944、药用野生稻及其杂种F_1的叶片和小穗DNA的甲基化水平表现出相同的变化趋势,即随着生长发育的进行,DNA甲基化水平呈下降趋势,各组织的全甲基化率均显著高于半甲基化率(P=0.000);杂种在分蘖期、减数分裂期及开花期叶片DNA平均总甲基化率、全甲基化率和半甲基化率分别为20.19%,16.06%及4.13%,其甲基化水平高于双亲;而杂种在减数分裂期、小孢子发育期及花粉成熟期小穗DNA平均总甲基化率、全甲基化率和半甲基化率分别为17.38%,13.67%及3.71%,均比辽粳944高,而比药用野生稻低;杂种小穗的半甲基化率显著高于辽粳944(P=0.015)。杂种叶片和小穗DNA的甲基化模式均有5种类型。经过对94个甲基化特异片段的序列分析,有38个片段的序列与已知或假定功能的基因具有同源性。为进一步研究栽培稻与野生稻种间杂种不育机理奠定了基础。     

不同单株叶籽银杏DNA甲基化MSAP分析

利用MSAP(甲基化敏感扩增多态性)技术对11株叶籽银杏的胞嘧啶甲基化水平和模式进行评估。结果表明,叶籽银杏基因组的CCGG序列中检测到36.86%～46.43%的DNA发生甲基化。本研究从36对选扩增引物中筛选出14对引物组合,共得到2879条清晰可辨的带,叶籽银杏总体平均DNA基甲基化水平为42.14%,甲基化模式以内侧胞嘧啶为主,其中,外侧胞嘧啶甲基化水平为11.90%～23.90%,内侧胞嘧啶甲基化水平为17.03%～28.37%。UPGMA聚类分析和主成分分析结果一致,不同单株的叶籽银杏可分为3大类。推断叶籽银杏的变异机制可能与DNA甲基化有关。     

Searching for DNA introgressed from wheat and for wheat-like grain proteins in a rice x wheat hybridization derivative

The DNA of a putative rice x wheat hybridization derivative (X Oryticum oryzoides) from China, the DNA of its parental rice cultivar and the DNA of a wheat line were digested with ten different restriction endonucleases, resolved by agarose electrophoresis, Southern blotted and hybridized using genomic wheat DNA as a probe. Phenol extracted, ethanol and cetyltrimethylammonium bromide precipitated DNA of the putative hybrid showed a restriction fragment length polymorphism (RFLP) different from that of the parental rice. When the DNA was further purified by Qiagen chromatography, the RFLP differences were not detected. Hence the apparent RFLP differences were probably due partial digestion of the less pure DNA preparations by the restriction endonucleases. No real introgressed fragments from wheat genome could be shown. The HpaII/MspI sites were more frequently digested with MspI than with HpaII in rice and hybridization derivative DNA, but the sites were evidently more frequently methylated in wheat DNA. Thus, in terms of methylation of the DNA, the hybridization derivative was much more like the rice parent than the wheat parent. The hybridization derivative showed a single endospermal protein (mass 19 kg mol^-1) not detected in the parental rice cultivar. This minor protein was soluble in buffered 50% isopropanol and precipitable with methanol. The results indicate that there are no or only short introgressed sequences from wheat in the rice/wheat derivative, a result which might be considered in breeding efforts with the hybrid derivative.     

Analysis of DNA Cytosine Methylation on Cotton under Salt Stress

DNA methylation,especially methylation of cytosine in eukaryotic organisms,has been implicated in gene regulation,genomic imprinting,the timing of DNA replication,and determination of chromatin structure.It was reported that 6.5% of the whole cytosine residues in the nuclear DNA in higher plants were methylated.The methylation of cytosine in plant nuclear DNA occurs usually in both CpG and CpNG sequences,and the methylation state can be maintained through the cycles of DNA replication and is likely to play an integral role in regulating gene expression.     

中棉所12配制的2个杂交棉DNA甲基化遗传与传递

DNA甲基化在真核生物的生长发育过程中起着重要的调控作用。本研究用MSAP方法分析了中棉所12配制的2个杂交棉和亲本不同发育时期的基因组DNA 5′-CCGG位点胞嘧啶的甲基化水平及其遗传传递模式。研究表明: (1)杂交棉及其亲本不同发育时期的胞嘧啶甲基化水平不同,随着生育期的逐步推进,出现两头低而中间高现象;(2)两个杂交棉组合的DNA 甲基化总体水平为12.41%~20.05%,其中以内侧胞嘧啶全甲基化为主(约占6.90%~11.47%);(3)棉花中绝大多数CCGG胞嘧啶甲基化位点是由亲本稳定遗传给杂交种的,但杂交棉仍有1.14%~3.39%的位点显示了变异,其变异频率在不同亲本组合之间和不同发育时期都存在差异;(4)对甲基化差异条带测序分析发现,其功能涉及到富含亮氨酸重复、类PDR的ABC转运蛋白、GTP结合蛋白、病程相关蛋白、磷酸激酶、功能未知的蛋白质和反转录酶等,部分差异序列没有产生有意义的匹配。     

Changes in DNA methylation patterns affect ripening time in Satsuma mandarin fruit

Differences in DNA methylation patterns might lead to differences in fruit maturation time in the citrus Satsuma, but the underlying mechanism is unclear. Here, we explored the differences in methylation patterns during fruit ripening in Satsuma among 20 early‐ and late‐maturing Satsuma varieties and compared DNA methylation patterns in two Satsuma cultivars (Ooita wase and Aoshima unshiu) at different developmental stages using methylation‐sensitive fragment length polymorphism (MSAP) analysis. We cloned and sequenced DNA from different bands to identify differentially methylated genes involved in fruit ripening. The internal methylation of CCGG sequences occurred more frequently in the early‐maturing Satsuma cultivars (8.47%) than the late‐maturing cultivars (6.74%), whereas the external methylation of CCGG sequences occurred less frequently in the early‐maturing cultivars (24.98%) compared to the late‐maturing types (27.27%). Genes encoding the G protein α subunit and zinc‐binding protein of the histidine triad (HIT) family and two unknown genes homologous to expressed sequence tag (EST) sequences (CX052976.1 and CX071135.1) were found to be modified by methylation during the fruit ripening process. These findings suggest that DNA methylation might play important roles in regulating fruit ripening in Satsuma. Our results lay the foundation for analysing the molecular mechanism underlying fruit ripening in this important citrus crop.     

水分胁迫下马铃薯基因组DNA甲基化水平变化分析

DNA甲基化是表观遗传学修饰的重要研究内容之一,在植物生长发育和响应逆境胁迫等过程中起重要作用,其中水分胁迫是对植物生长发育最具危害的逆境胁迫之一。为探索马铃薯DNA甲基化与水分胁迫之间的关系,本研究采用PEG-6000模拟水分胁迫处理两个马铃薯品种‘青薯9号’和‘大西洋’,在PEG0%(对照),5%和10%浓度下,利用MSAP技术检测‘青薯9号’和‘大西洋’甲基化水平变化情况。结果表明:在相同条件下,抗旱型品种‘青薯9号’甲基化水平高均于干旱敏感型品种‘大西洋’。在0%(对照)、5%和10%PEG胁迫下,‘青薯9号’MSAP比率为42.49%、38.14%、49.21%,甲基化水平与对照相比先降低后升高,‘大西洋’MSAP比率29.17%、22.92%、17.58%,甲基化水平逐渐降低。经统计,5%PEG和10%PEG胁迫下,‘青薯9号’和‘大西洋’均出现甲基化和去甲基化现象,其中‘青薯9号’甲基化和去甲基化比率分别为10.92%、6.43%和11.98%、15.36%,‘大西洋’分别为1.59%、8.22%和42.18%、24.34%,甲基化变异模式以去甲基化为主。‘青薯9号’和‘大西洋’均能发生CNG、CG和CG/CNG位点的甲基化和去甲基化,在水分胁迫下会产生较多的CNG和CG/CNG位点。本研究结果为探究马铃薯抗旱机制提供了理论基础。     

DNA甲基化参与调控马铃薯响应干旱胁迫的关键基因挖掘

植物受到干旱胁迫时,会通过DNA甲基化做出快速反应以帮助其应对胁迫。为探究在干旱胁迫下,DNA甲基化是如何影响基因转录表达,本研究对甘露醇模拟干旱和5-azadC(去甲基化)处理下,抗旱性不同的2个马铃薯品种(抗旱型,青薯9号;干旱敏感型,大西洋)进行转录组学分析,以Fold-change>2和校正后P<0.01进行差异表达基因(DEG)的筛选。GO富集分析发现,2种处理都共同显著富集到氧化应激和碳水化合物代谢过程相关的GO term。说明不同耐旱性马铃薯在响应干旱胁迫时,与这些GO term相关的基因也受DNA去甲基化调控。对既响应干旱又响应DNA去甲基化的1345个DEG进行KEGG功能富集发现,与植物抗旱相关的通路有植物MAPK信号途径、植物激素信号转导途径、植物谷胱甘肽代谢通路、糖酵解与糖异生和磷酸肌醇代谢通路。说明这些通路相关基因在大西洋和青薯9号2个抗旱性不同的马铃薯品种中,响应干旱的敏感性受DNA甲基化调控。接着对DEG上游1500 bp启动子区域进行顺式作用原件和甲基化CpG岛分析发现,干旱胁迫下参与植物谷胱甘肽代谢的GST基因通过DNA去甲基化来降低启动子区ABRE和CAAT-box作用元件的甲基化水平,进而激活该基因的表达以应对干旱胁迫。因此,利用比较转录组学分析干旱和DNA去甲基化处理下的差异基因,可挖掘到DNA甲基化参与调控马铃薯响应干旱胁迫的相关基因,为研究马铃薯干旱胁迫响应的表观遗传学机理提供新的研究思路。