激光辐射诱导水稻吉粳88号可遗传DNA甲基化变异和转座子转座激活的研究

【摘要】：生物体受到内源胁迫和外源胁迫会引起生物体内一系列应答反应,包括基因组范围内的遗传变异和表观遗传变异,遗传变异主要通过基因表达的改变而表现在表型上的变化等,表观遗传变异主要表现在DNA胞嘧啶甲基化、组蛋白乙酰化和siRNA等的改变而调控基因表达和基因组稳定性。激光辐射作为外源胁迫中非生物胁迫的一种,已被证实引起植物的胁迫应答,产生表观遗传变异。 DNA胞嘧啶甲基化是表观遗传的一种重要修饰形式,在维持和调节基因表达、基因组稳定性等各方面起着重要作用,广泛存在于动植物基因组中。大量研究表明,DNA甲基化与转座子活性存在相关性。研究特定诱导条件下转座子的转座有助于全面的理解转座子转座的生物学意义和功能。近年来在水稻基因组中分离出一种活跃的MITE类转座子mPing,在非生物胁迫(Y射线、组织培养等)的条件下均能够诱导其发生转座。 本实验室前期使用半导体泵浦全固体激光器、He-Ne激光器、Nd3+YAG固体脉冲激光器,三种不同激光器辐射处理水稻品种吉粳88号糙米种胚,对水稻当代产生的表型变异、DNA甲基化变异和转座子mPing的特异位点PCR分析得到：经过激光处理的当代植株在生长期间出现了株高矮化、抽穗期推迟、分蘖少的表型变异；激光处理引起水稻吉粳88号M0代基因组DNA甲基化发生变异；诱导了M0代mPing在多个位点发生跳出。 为了进一步研究激光辐射对水稻后代DNA甲基化的影响,本实验分析了经过半导体泵蒲全固体激光器辐射处理的水稻品种吉粳88号M1代的表观遗传变异——DNA甲基化变异的影响。得到的主要结果为：(1)激光辐射处理引起吉粳88号M1代产生了株高矮化、抽穗期推迟的表型变异。(2)MSAP分析激光处理结果表明：M1代植株发生了全基因组范围内的去甲基化变异,证实M0代DNA甲基化变异可以通过减数分裂遗传给M1代。(3)对M1代mPing位点PCR分析中,基因组中多个位点发生mPing的激活,且遗传了M0代mPing的转座激活特性,最高跳出频率达到60%; Southern Blot结果显示：证明了mPing及其转座酶供体Ping在M0、M1代的转座激活。 根据上述研究结果,本论文得出激光辐射处理吉粳88号可以产生可遗传的表观遗传变异,并且可以诱导水稻基因组内转座子高频率的转座激活。因此,经过本文的研究,可以为作物诱变育种研究提供新依据。