拟南芥中AtACO3基因启动子DNA甲基化的调控机制

RNA介导的DNA甲基化途径(RdDM)在基因表达调控过程中起重要作用。沉默抑制因子(repressor of silencing 1, ROS1)能负调控RdDM途径。定量RT-PCR(quantitative RT-PCR, RT-qPCR)被利用检测拟南芥(Arabidopsis thaliana)中ABA途径相关基因AtACO3表达水平,结果表明非生物胁迫诱导后AtACO3表达水平显著上调。重亚硫酸盐测序结果证明非生物胁迫诱导该基因启动子重复序列的DNA去甲基化,并导致该基因的转录激活。进一步研究证实ROS1在诱导该基因启动子DNA去甲基化的过程中起作用。本研究揭示了非生物胁迫诱导逆境响应基因AtACO3表达的分子机制,为探索植物适应非生物胁迫的表观遗传调控机制提供了科学依据。     

GbTCP10基因植物表达载体的构建及拟南芥转化

TCP转录因子广泛参与植物细胞生长和增殖调控,本研究构建海岛棉GbTCP10基因沉默和过量表达植物表达载体。以GbTCP10基因pGEM-T Easy-GbTCP10质粒为模板进行PCR扩增,连接至植物表达载体pCAMBIA3301中,再利用冻融法和热激法转到农杆菌GV3101菌株中,通过农杆菌浸染法转化拟南芥植株,初步证明已获得海岛棉GbTCP10基因的拟南芥。利用重叠PCR方法替换拟南芥At-MIR319的成熟链和互补链序列,构建含有amiRTCP10前体的植物表达载体amiRTCP10-pCAMBIA3301,本试验结果有助于进一步研究海岛棉GbTCP10基因的生物学功能和棉花纤维发育机制。     

基于Gateway技术的拟南芥雄性不育GHF 基因表达载体的构建

随着模式植物拟南芥全基因组测序工作的完成更多雄性不育相关基因功能需要阐明。利用拟南芥突变体库,从反向遗传学角度进行突变基因的功能研究需要构建相应的载体进行互补实验。Gateway技术是一种高效,快速的克隆系统。笔者利用Gateway克隆技术成功构建拟南芥GHF基因表达载体,并遗传转化拟南芥,为进一步阐明该基因功能奠定了基础。     

拟南芥AtCYS6基因酵母双杂交诱饵载体的构建及鉴定

为了筛选与拟南芥半胱氨酸蛋白酶抑制剂基因AtCYS6相互作用的蛋白,构建其酵母双杂交诱饵表达载体。本研究利用PCR方法扩增得到拟南芥AtCYS6的基因片段,与诱饵载体pGBKT7连接构建诱饵表达载体,经双酶切以及测序检测验证重组载体构建成功后,通过醋酸锂法将诱饵表达载体pGBKT7-AtCYS6与空载体pGBKT7分别转化到Y2HGold酵母菌株,检测其是否有自激活能力以及对宿主酵母菌株是否有毒性作用。结果表明:经PCR扩增后得到了AtCYS6基因,成功构建了无自激活和没有毒性的诱饵表达载体pGBKT7-AtCYS6。本研究结果可进一步为筛选与AtCYS6相互作用的蛋白质及功能研究提供科学依据。     

蒺藜苜蓿转录因子MtMYB的克隆、表达分析及拟南芥转化

MYB转录因子家族基因具有保守的DNA结合域,是植物最大的转录因子家族之一,广泛参与植物的代谢调控,在植物生长发育和胁迫响应等方面发挥重要作用。为改良品种性状和提高生产实践能力,本研究采用RT-PCR法克隆蒺藜苜蓿MYB转录因子基因MtMYB,其编码区长255 bp,编码84个氨基酸。生物信息学分析表明,该基因编码蛋白与其他物种MYB蛋白具有很高的同源性,其中与红三叶同源性最高。荧光定量结果表明,MtMYB基因在蒺藜苜蓿叶片中的表达量最高。MtMYB基因在外源IAA、6-BA的诱导下,总体都呈现先上升后下降的趋势。同时本研究成功构建35S::MtMYB的植物表达载体,并通过转基因技术将其转化至拟南芥中,PCR检测表明,MtMYB已成功整合至转基因拟南芥基因组中。RT-PCR检测表明,MtMYB能够在转基因拟南芥中正常转录。本研究为进一步探明MtMYB基因的功能提供了数据参考和实验材料。     

拟南芥DUF647家族成员RUS4植物表达载体的构建及亚细胞定位

ROOT UV-B SENSITIVE4 (RUS4)是拟南芥DUF647蛋白家族的一个功能未知的成员。RUS1和RUS2曾经报道和根UV-B-感应途径相关联,并在拟南芥早期幼苗形态发生和发育中发挥重要作用。为了探究RUS4的分子功能,本研究对RUS4蛋白进行了亚细胞定位分析。首先,我们通过Gateway TOPO载体系统,构建了融合蛋白表达载体pMDC83-RUS4;然后,通过农杆菌介导的花苞转化法,获得了转化pMDC83-RUS4的转基因拟南芥株系;对转基因植物叶肉原生质体的荧光显微镜观察显示,RUS4-GFP信号与叶绿体的自发荧光共定位,说明RUS4蛋白定位叶绿体中。该结果为进一步研究RUS4的分子功能奠定了良好的基础。     

植物病毒抑制子抑制RNA沉默的机制及生物学应用

RNA沉默(RNA silellcing)是真核生物细胞内保守的和序列特异的RNA降解系统.高等植物中病毒诱导的、以降解病毒为目标的RNA沉默是一种寄主适应性防御系统.为了对该系统进行防御,植物病毒已进化形成了在RNA沉默的不同阶段起作用,并最终战胜寄主沉默反应的病毒抑制蛋白.本文讨论了现今鉴定和初步分析抑制子的方法以及抑制子的作用模式;同时对植物沉默抑制子的生物学应用包括用抑制子解析RNA沉默途径、用抑制子增强外源蛋白表达水平以及抑制子引起发育缺陷等进行了讨论.     

红麻DNA甲基化响应镉胁迫及甲基化差异基因的表达分析

DNA甲基化是植物重要的表观遗传修饰方式之一,在响应逆境胁迫中具有重要作用,但是有关镉胁迫下植物DNA甲基化水平变化的报道甚少。本研究以红麻P3A为材料,采用水培法对幼苗进行300μmol L^-1的CdCl₂处理,测定幼苗农艺性状及镉含量;利用甲基化敏感扩增多态性技术(methylation-sensitive amplification polymorphism,MSAP)分析镉胁迫下根系DNA甲基化水平变化;回收甲基化差异片段并克隆测序,采用qRT-PCR技术对DNA甲基化差异基因的表达量进行分析。结果表明, CdCl₂胁迫显著抑制红麻幼苗的株高、茎粗、根长、根表面积以及全鲜重。对照及镉处理下幼苗根系的DNA甲基化率分别为62.78%、68.23%,其中全甲基化率分别为37.50%、36.36%,半甲基化率分别为25.28%、31.87%,表明镉胁迫显著提高红麻幼苗根系的DNA甲基化水平。qRT-PCR分析表明, 7个与抗性密切相关的DNA甲基化差异基因也存在表达量的差异,推测DNA甲基化水平变化在响应红麻镉胁迫中发...     

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。     

铅胁迫下红麻生理特性及DNA甲基化分析

DNA甲基化在植物响应生物和非生物胁迫中起重要作用,但是有关铅胁迫下植物DNA甲基化水平变化的研究报道甚少。本研究以红麻P3A为材料,采用水培法对幼苗进行不同浓度(0、200、400、600μmol L-1) PbCl2处理,测定幼苗农艺性状、根系ROS含量和抗氧化酶活性等变化情况;利用甲基化敏感扩增多态性技术(methylation-sensitive amplification polymorphism, MSAP)分析600μmol L-1铅胁迫条件下根系DNA甲基化水平变化,回收差异甲基化片段并克隆测序,采用qRT-PCR技术对DNA甲基化差异基因进行表达分析。结果表明,不同浓度PbCl2胁迫均显著抑制幼苗的茎粗、根长和根表面积,且400μmol L-1及以上浓度PbCl2胁迫显著抑制红麻幼苗的株高和全鲜重。随着铅浓度的提高,红麻幼苗根系的铅含量显著升高, O2?和MDA含量显著增加, SOD活性显著升高, POD活性呈先降低后升高, CAT活性呈先升高后降低的趋势。对照及600μmol L-1 PbCl2处理下的幼苗根系DNA甲基化率分别为71.13%、62.20%,其中全甲...     

一个假定微管相关蛋白PEMAP1的克隆和亚细胞定位

微管骨架通过导向纤维素微纤丝的合成来影响细胞壁的结构,在植物生长发育和细胞形态建成过程中发挥着重要作用。微管相关蛋白(microtubule-associated protein, MAP)参与调节微管蛋白亚基的组装、微管的动态稳定以及周质微管的排列方式。因此,对微管相关蛋白的研究有助于更好地理解微管骨架的生物学功能。本研究克隆了一个在拟南芥花瓣中高表达的假定微管相关蛋白PEMAP1 (Petal-expressed microtubuleassociated protein 1),并利用绿色荧光蛋白(GFP)和β-葡糖醛酸酶(GUS)作为报告蛋白对PEMAP1分别进行了亚细胞定位和组织表达模式分析。烟草瞬时表达实验结果表明,pSuper::PEMAP1-GFP能够与微管结合蛋白MBD-RFP共定位,拟南芥中内源启动子驱动的pPEMAP1::PEMAP1-GFP能够与微管株系m CherryTUA5共定位。GUS染色结果表明,PEMAP1启动子驱动的GUS拟南芥转基因株系在下胚轴、花萼和雌蕊的表达较强,在子叶、根部以及花瓣的表达则相对较弱。以上结果说明,PEMAP1很可能作为一个微管相关蛋白参与了拟南芥器官的生长发育与形态建成过程,相关遗传材料的获得为进一步研究PEMAP1的功能提供了工作基础。     

巴西橡胶树DNA甲基化的MSAP分析

本文采用"甲基化敏感扩增多态性"(Methylation Sensitive Amplification Polymorphism,MSAP)的分析方法,在全基因组水平检测巴西橡胶树DNA甲基化位点,确定巴西橡胶树基因组DNA甲基化模式和水平。结果表明:16对MSAP引物选择性扩增,共扩增262条带,其中甲基化位点87个,甲基化比例为33.21%,其中,半甲基化位点为32个,比例为12.22%;全甲基化位点为55个,比例为20.99%。对部分巴西橡胶树基因组甲基化位点进行回收,最终分离了18条存在甲基化的基因组DNA序列。BLAST比对后,同源分析表明巴西橡胶树基因组中包括转录因子、蛋白激酶等在内的多种类型的DNA序列中均存在甲基化现象。本研究为深入研究巴西橡胶树的DNA甲基化奠定基础。     

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。     

热胁迫过程中白菜型油菜种子DNA的甲基化

过高的环境温度对植物造成热胁迫和热损伤,从而影响植物的生长、发育,以及种子的寿命。以白菜型油菜耐热品种庆元本地油菜和不耐热品种绍兴矮大秆油菜新收获种子为材料,研究了不同温度处理对油菜种子活力以及基因组DNA甲基化水平和状态的影响。结果表明,种子经37℃和4℃处理2 h,发芽率和活力指数与对照差异不显著;经70℃处理2 h后,耐热和不耐热品种种子发芽率和活力指数均明显降低,37℃热诱导后再进行70℃热胁迫处理,发芽率和活力指数均高于直接70℃处理的种子,表明热诱导可以显著提高种子的耐热性。甲基化MSAP分析结果表明,种子热胁迫过程中基因组DNA甲基化水平降低,同时有甲基化和去甲基化现象发生,并以去甲基化现象为主。相关性分析结果显示种子发芽势、发芽率、下胚轴长和活力指数与双链DNA内部发生甲基化的条带数呈负相关,而与双链DNA外部发生甲基化的条带数呈正相关。更为重要的是耐热与不耐热性材料在热胁迫中表现完全相反的甲基化变异模式,耐热品种去甲基化的条带数多于不耐热品种,但甲基化的条带数目则相反,显示DNA甲基化与种子耐热性有重要关系,在热胁迫过程中,种子可能通过DNA甲基化变化调控相关基因的表达来应对高温胁迫。     

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。     

山核桃子代甲基化分析及其与薄壳山核桃甲基化的比较

为了研究山核桃的遗传,本研究采用MSAP (Methylation sensitive amplification polymorphism)标记分析了山核桃30个半同胞子代群体及薄壳山核桃29个无性系,并在山核桃亲子代间及山核桃与薄壳山核桃间比较了遗传及甲基化水平。研究发现,山核桃半同胞子代群体非甲基化遗传位点(Non-methylation loci,NML)的比例较高,占33.69%,随后依次是内部胞嘧啶甲基化位点(15.18%)、半甲基化位点(9.25%);其遗传多样性(0.110 3±0.028 4)极显著地小于表观遗传多样性(0.568 5±0.112 3)(p<0.000 1);半同胞子代群体间存在显著的遗传与表观遗传分化,且大部分遗传变异和表观遗传变异存在于群体内,说明亲本间存在遗传差异。甲基化水平在山核桃亲子代间无显著差异(p>0.05),说明甲基化存在代际遗传。山核桃中NML的比例远大于薄壳山核桃,两物种表观遗传多样性相当,但薄壳山核桃的遗传多样性要高于山核桃;两物种遗传和表观遗传差异极显著(p<0.000 1),供试个体基于物种的遗传位点可以分别聚类,说明两物种各自个体间有遗传差异。甲基化敏感位点(Methylation-sensitive loci, MSL)及NML在两物种间存在极显著差异,且变异主要存在于物种内,两物种有明显的分化,但从各遗传参数值来讲,两物种又十分相像,正反交基于亲缘关系可行。不同于山核桃,薄壳山核桃遗传位点对甲基化位点影响极显著。     

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。     

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。     

激光辐射和杂交对高粱DNA甲基化变异的影响

选择高粱正交F_1杂种和它们纯系亲本作为试验材料,用He-Ne激光器在低强度下处理其萌发种子,用甲基化敏感扩增片断多态性(MSAP)分子标记技术在全基因组范围内检测分析高粱各种基因型DNA甲基化水平和变异模式,旨在探讨激光辐射和杂交对基因组DNA甲基化的交互作用机制。结果表明,激光辐射诱导高粱F_1杂种和相应亲本在DNA甲基化水平和模式上发生一定变化,再次证明激光辐射诱导是一种表观遗传诱变手段。从甲基化水平上看,激光辐射诱导使高粱3种基因型整体表现为去甲基化。从甲基化变异模式看,CG位点甲基化变异模式要高于CNG位点甲基化变异模式。比较激光辐射对不同基因型的影响,发现F_1杂交种的甲基化总体水平要低于两纯系亲本甲基化总体水平的中间值。总之,通过试验证明激光辐射是一种直接的表观遗传诱变手段,激光辐射和杂交联用诱导高粱产生更复杂的甲基化变异,这两种手段联用可能是一个重要改良作物的手段,值得深入研究。