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

【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。