高压诱导水稻发生可遗传DNA甲基化变异和转座子mPing及Pong的转座激活

论文摘要

内源DNA的甲基化是真核生物的表观遗传调控的重要组成部分。研究特定条件下DNA甲基化的变异模式有助于我们全面的理解DNA甲基化的表观调控生物学功能。变异的甲基化是否能在植物的后代中遗传也是一个值得研究的问题。本文研究发现,高压处理萌发种子导致了水稻基因型“日本晴”的DNA的甲基化变异,而且变异主要发生在转座子序列中;在检测的10个低拷贝的转座子上都有甲基化变异的发生,而16个核基因上没有任何的甲基化变异。通过Southern杂交和基因组指纹分析发现高压处理没有导致全基因组的大规模遗传不稳定。根据对自交后代的分析结果推测,甲基化变异发生在植株发育的早期,而且变异的甲基化模式经减数分裂遗传给了后代。转座子活性检测结果表明,高压处理未导致该基因型几种典型转座子和反转座子的转座激活。高压处理另外两个水稻基因型JL307和JL01-124的萌发种子,在抽穗期发现了几个表型变异的植株。转座子活性检测结果表明,MITE类转座子mPing发生了可能的转座激活。对其后代进行Southern杂交和转座子展示分析证实了mPing和其自主性转座子（转座酶供体）Pong的协同转座激活,而另一可能的转座酶供体Ping没有发生转座。还发现各个分析的植株存在不同的mPing的插入。通过侧翼序列的位点专化PCR扩增分别找到了mPing和Pong插入和跳出位点。对18个mPing跳出位点的测序结果表明,只有1个跳出留有足迹（footprint）。对10个mPing插入位点的测序和序列比对结果表明,mPing插入到了低拷贝的基因区。PCR分析位点发现在分析的P2代植株中没有发生mPing的进一步激活。对其他几个已报道的存在激活潜力的转座子的杂交分析表明,它们都没有发生明显激活。基因组指纹分析显示高压也并没有导致这两个基因型的基因组大规模不稳定。根据以上几方面的研究结果认为高压激活mPing有可能作为一个简便易行的转座子标签方法,为水稻功能基因组研究提供有用的工具。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 文献综述
• 1. DNA 甲基化的分子生物学研究进展
• 1.1 DNA 甲基化
• 1.2 DNA 甲基化机制
• 1.3 DNA 甲基化的生物学功能
• 2. 转座子的分子生物学研究进展
• 2.1 转座子及其分类
• 2.2 mPing MITEs
• 2.3 转座子于基因组进化
• 2.4 转座子的应用
• 2.5 转座子活性与 DNA 甲基化
• 3 本研究的背景、目的和意义
• 材料与方法
• 1. 实验材料
• 2. 实验方法
• 2.1 植物材料的高压处理
• 2.2 植物基因组 DNA 的提取与纯化
• 2.3 Southern 杂交分析
• 2.4 mPing 插入位点侧翼序列的克隆与序列分析
• 2.5 AFLP 和 MSAP
• 2.6 转座子展示
• 2.7 PCR 产物的纯化与克隆
• 2.8 感受态细胞的制备、转化及α互补筛选
• 2.9 DNA 序列测定及同源性探寻
• 结果与分析
• 1. 高压引起了转座子和反转座子的可遗传甲基化变异
• 1.1 编码基因的序列没有胞嘧啶的甲基化变异,而转座子和反转座子发生了高频率的甲基化变异
• 1.2 用 AFLP 和 MSAP 检测处理后的植株整体序列变异和甲基化变异水平
• 1.3 甲基化变异的发生时期和这种变异的遗传
• 2. 高压诱导两水稻品种中的mPing 及其可能的自主性转座子 Pong 的激活
• 2.1 处理的当代的水稻基因组中有mPing 激活
• 2.2 高压处理的 P0 及其后代中mPing 激活伴随 Pong 的激活
• 2.3 mPing 跳出位点的 PCR 检测和跳出后的足迹（foot-prints）
• 2.4 mPing 插入位点的分析
• 2.5 高压对的水稻基因组的稳定性的影响
• 2.6 高压对其他转座子的影响
• 2.7 日本晴的高压处理导致的mPing 的激活
• 讨论
• 结论
• 参考文献
• 附表
• 致谢
• 发表文章