双胚苗水稻中特异单倍体及其杂交后代基因组DNA甲基化研究

论文摘要

DNA甲基化作为一种重要的表观遗传修饰,存在于许多高等动、植物中,在基因表达调控、植物细胞分化、基因组印记以及系统发育中起着重要的调控作用。许多研究发现DNA甲基化的变异能通过细胞的分裂传递给后代,为物种的变异和进化提供了机遇。目前对DNA甲基化检测方法可概括为这三类:基因组整体水平的甲基化检测、基因特异位点甲基化的检测和新甲基化位点的寻找。其中改良的AFLP方法（MSAP）可用于检测基因组DNA 5′-CpCpGpG位点甲基化水平。张红宇、彭海等用该方法研究了来源于同一双胚苗水稻的单倍体、二倍体、三倍体,发现不同倍性水稻的差异除了基因的成倍变化导致外,表观遗传修饰对其也有重要影响,它们之间的甲基化水平和模式有明显的差异。本研究用MSAP技术对编号为SARⅡ-628双胚苗的单倍体及其与蜀恢527（R527）、蜀恢363（R363）杂交后代基因组DNA的5′-CpCpGpG位点甲基化进行特异性扩增,分析杂交后代与父母本DNA的甲基化差异性,以进一步了解单倍体表观遗传的调控机理。取得的主要结果如下:1.R527与单倍体的杂交后代F1的甲基化敏感扩增多态性比率即扩增的总甲基化位点数占总扩增位点数的比率平均为46.63%,全甲基化（双链CmCGG）率平均为45.92%,比父本R527（50.60%,49.40%）有所下降,比母本单倍体（42.08%,40.98%）有所上升。而R363与单倍体的杂交后代F1′甲基化敏感扩增多态性比率平均为41.06%,全甲基化率平均为39.38%,与父本R363（40.57%,39.43%）,母本（42.08%,40.98%）相比,结果与F1相反,比父本甲基化水平高,而比母本单倍体甲基化水平低,但甲基化水平变化不大,只有较低幅度的下降或升高。2.通过比较杂交后代F1、F1′与其相应亲本的带型,推测其有5种类型的变化:A型,杂交后代与其亲本甲基化模式相同;B型,去甲基化;C型,超甲基化;D型,次甲基化;E型,不定类型。3.双亲杂交形成杂交后代,其F1、F1′DNA甲基化模式经历了较大的改变与调整,以协调来源于双亲的异质基因的协同表达,使某些基因高效转录,而有些基因转录受到抑制。杂交后代的甲基化水平或低于父本高于母本（F1）,或高于父本低于母本（F1′）,这可能是由于杂交后代相对于其亲本甲基化水平和模式经过重新调整以调控基因的表达,使后代能更好地适应环境的变化。4.因本研究采用的单倍体为这两个杂交后代的共同母本,通过比较分析F1、F1′与父母本甲基化带型的差异,剔除因坏境、个体等因素造成的带型差异,可以确定与单倍体有关的DNA甲基化差异位点主要有2种类型:（1）单倍体特有的甲基化位点;（2）单倍体独立遗传的甲基化位点。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一部分 文献综述
• 一、单倍体的研究
• 1. 单倍体的获得途径
• 1.1 自然发生的单倍体
• 1.2 组织和细胞离体培养
• 1.3 种属间远缘杂交
• 1.4 从双胚苗中筛选
• 1.5 异种属细胞质-核替代系
• 1.6 利用单倍体启动基因
• 2. 单倍体产生的可能机制及其遗传规律
• 2.1 阻碍受精因素
• 2.2 胚乳的作用
• 2.3 单倍体的遗传基础
• 3. 单倍体结实与它的减数分裂
• 4. 单倍体与二倍体的比较研究
• 5. 单倍体的遗传优势
• 6. 单倍体应用
• 6.1 作物育种
• 6.2 物种进化研究
• 6.3 遗传分析
• 6.4 分子生物学上的研究
• 6.5 植物基因克隆筛选
• 二、有关 DNA甲基化的研究概述
• 1. DNA甲基化的机制
• 2. DNA甲基化的检测方法
• 3. DNA甲基化的生物学功能
• 3.1 DNA甲基化是植物正常生长发育所必需
• 3.2 DNA甲基化与转基因植物的基因沉默有关
• 3.3 DNA甲基化在基因组防御中起作用
• 3.4 DNA甲基化与植物的开花有关
• 3.5 DNA甲基化与植物转座元件的表观遗传调节
• 3.6 DNA甲基化对植物组织分化具有十分重要的调控作用
• 3.7 DNA甲基化与杂种优势
• 4. 展望
• 三、立题依据
• 第二部分 材料与方法
• 1. 材料、药品
• 1.1 水稻材料
• 1.2 主要试剂
• 2. 试验方法
• 2.1 材料的田间处理
• 2.2 DNA提取、纯化和定量
• 2.3 SSR分析
• 2.4 MSAP分析
• 第三部分 结果与分析
• 1. 单倍体及杂交后代植株的获得与倍性鉴定
• 2. 微卫星分析
• 2.1 利用 SSR引物分析所用单倍体与对应二倍体基因组的差异性
• 2.2 验证所获得杂交后代的真实性
• 3. DNA甲基化水平差异分析
• 3.1 杂交后代与双亲的甲基化水平分析
• 3.2 杂交后代与父母本的不同甲基化类型
• 3.3 与单倍体有关的 DNA甲基化差异位点
• 第四部分 讨论
• 1. 本研究材料的特异性及主要结论
• 2. 关于倍性鉴定
• 3. SSR分析单倍体与对应二倍体基因组差异性的局限
• 4. 关于DNA甲基化研究方法
• 5. 杂交后代基因组的甲基化率
• 1、F₁′相对于双亲甲基化模式的改变'>6. F₁、F₁′相对于双亲甲基化模式的改变
• 7. 与单倍体有关差异位点后续研究的设想
• 第五部分 参考文献
• 致谢