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《江西师范大学》 2013年
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东乡野生稻耐冷渐渗系表观遗传变化研究

陈雅玲  
【摘要】:渐渗杂交是利用野生有利基因,创造种间变异,选育新品种的一个重要途径。然而外源DNA渐渗过程中能够引起广泛的遗传和表观遗传变异,这很大程度上阻碍了野生有利基因在实际育种中的充分利用。此外,诸如逆转座子和甲基化这类表观遗传变异将对生物体基因组结构及功能产生重大影响,进而导致植物表型发生明显改变。 本研究利用东乡野生稻耐冷渐渗系IL5335和IL5243(IL5335的自交后代仍具有分离性状)为试材,对其Ty1-copia类逆转座子逆转录酶结构及表达活性进行分析,并利用MSAP和SSAP的方法研究其DNA甲基化以及逆转座子多样性变化。旨在探明高世代耐冷渐渗系表型不稳定与其表观遗传变异之间的关系,为有效的利用外源优异基因进行作物改良提供参考。本研究主要结果如下: 1.东乡野生稻耐冷渐渗系中逆转座子逆转录酶序列克隆与表达分析 以东乡野生稻耐冷渐渗系IL5335、IL5243及其双亲为试材,克隆得到75条存在高度异质性的Ty1-copia类逆转座子逆转录酶序列,进一步分析这些逆转录酶序列可分为7个家族;家族6和7含有65条逆转录酶序列,序列间的相似性为44.9%-99.3%;家族1-5中仅含10条逆转录酶序列,其中8条来源于耐冷渐渗系,2条来自于东乡野生稻,其与亲本序列间相似性范围为29.2%-52.8%,分析发现这些序列曾发生缺失或插入突变。实时荧光定量PCR检测结果显示,IL5335和IL5243中houba、osr15以及osr17逆转录酶的表达量均远高于受体亲本中的表达量(表达量增加1.50-5.07倍),表明渐渗杂交诱发改变了IL5335和IL5243中逆转录酶序列的结构及其表达活性。 2.东乡野生稻耐冷渐渗系DNA甲基化变化研究 利用甲基化敏感扩增多态性(MSAP)的方法,对亲本以及耐冷渐渗系IL5335和IL5243进行了全基因组胞嘧啶DNA甲基化水平和甲基化模式变化分析。结果表明,亲本XB和DWR甲基化变化(全甲基化和半甲基化)水平分别为15.84%和11.79%。与亲本相比,耐冷渐渗系IL5335和IL5243发生了不同程度的胞嘧啶DNA甲基化水平(分别为14.14%和15.90%)的改变。甲基化模式变化分析发现,耐冷渐渗系后代中大部分继承了亲本的DNA甲基化模式,仅32个位点发生了去甲基化模式变化以及59个位点发生了过甲基化模式变化。克隆测序得到的17条存在甲基化模式变化的序列,这些序列与GenBank中编码蛋白序列、反转座子序列以及已知功能基因序列具有很高的相似性。并且实时荧光定量PCR分析发现在耐冷渐渗系IL5335和IL5243中,发生了去甲基化的耐冷相关基因CHY1和MAPK的表达量均高于亲本,表明东乡野生稻渐渗诱发改变了IL5335和IL5243DNA甲基化水平和模式,进而引起基因表达量的改变。这些研究结果为有效地挖掘与利用外源优异基因进行作物改良奠定基础。 3.利用SSAP对东乡野生稻渐渗系遗传多样性分析 利用序列扩增多态性(SSAP)对46个材料包括东乡野生稻渐渗系、中国栽培稻以及国外栽培稻进行遗传多样性分析。SSAP序列特异性引物根据Ty1-copia类逆转座子houba、osr15和osr17的LTR区域设计。结果扩增得到140条条带,进一步分析可以将这些条带分为6个家族,东乡野生稻后代几乎分布于每个家族中;PCA分析也发现,东乡野生稻渐渗系后代分布广泛。渐渗系后代的平均Nei's基因多样性(He)结果为0.394,高于中国和国外的栽培稻(分别为0.385和0.376)。表明渐渗系杂交能够扩大现有栽培稻的变异度,为水稻遗传改良提供有效的途径。
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