收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

甜瓜属人工异源双二倍体Cucumis hytivus早期世代遗传与表观遗传变化

陈龙正  
【摘要】: 多倍化是高等植物进化过程的重要阶段,是植物进化的主要动力之一。研究表明,异源多倍体在形成的早期会出现广泛的基因组遗传和表观遗传变化,这些变化直接关系到物种的形成和稳定。然而,现存的天然多倍体大多形成于成千上万年前,很难确定进化中种种不稳定现象发生的具体过程和机制。虽然分子标记及比较基因组学的发展为认识杂交及多倍化进程提供了重要依据,但由于分子进化机制的复杂性,这方面的相关机理知之甚少。 人工合成的异源多倍体则为这方面的研究提供了良好的模式系统。通过这种模式系统,可以精确比较亲本二倍体种与人工异源多倍体早期世代间的基因组变化特点,从而为丰富多倍体物种进化理论提供重要的实证。本研究基于实验室已合成的甜瓜属远缘杂种F_1及人工合成的异源双二倍体及其不同自交世代,比较研究了杂种F_1及异源双二倍体的减数分裂染色体行为特征、基因组位点变化和甲基化模式变化特点,探索了远缘杂交与多倍化引发远缘杂种F_1和异源双二倍体基因组发生遗传和表观遗传变化的机制。具体如下: 1.远缘杂种F_1及异源双二倍体减数分裂染色体行为与花粉育性研究 研究了野生种C.hystrix(2n=2X=24)与栽培黄瓜C.sativus L.(2n=2X=14)远缘杂种F_1(2n=2X=19)、双二倍体及双二倍体(2n=4X=38)自交1~4代的减数分裂染色体行为特征与花粉育性。结果表明:减数分裂中期Ⅰ,杂种F_1花粉母细胞(pollen mother cell,PMC)染色体主要以单价体存在,染色体构型为:16.75Ⅰ+0.5Ⅱ+0.25Ⅲ+0.13Ⅳ;双二倍体染色体构型以二价体为主,伴随着自交,平均每个PMC所含二价体比例逐渐增加,非二价体配对比例减少。四分体时期,F_1不能形成正常的四分孢子,主要以多分孢子形态存在;双二倍体以四分孢子为主,并随着自交世代的增高,其比例增加。花粉育性观察发现,随着自交世代的增高,双二倍体花粉育性呈增加趋势。以上结果暗示双二倍体在遗传上逐渐趋于稳定。双二倍体PMCs在后期Ⅰ、Ⅱ普遍含有落后染色体、染色体桥及染色体不均等分离等异常现象,这可能是导致其花粉育性低于期望值的原因。 2.甜瓜属远缘杂种F_1及人工异源双二倍体早期基因组序列变化研究 利用12对Eco RI/Mse I选择性引物,对甜瓜属人工异源双二倍体C.hytivus及其二倍体父母本进行AFLP分析,结果发现多倍体基因组在形成早期发生了广泛的序列变化。基因组序列变化始于F_1代,变化最剧烈的时期发生在S_0到S_1代。但在S_1到S_2代基因组序列变化比率基本接近,暗示了伴随着异源双二倍体的自交过程,早期基因组表现出稳定的趋势,说明基因组序列变化是一个快速的事件。基因组序列变化主要表现为部分亲本片段丢失、新片段产生以及后代对亲本某些位点的跳跃式继承。对变化的序列进行深入研究发现,变化的序列主要是重复序列。实验还观察到少部分双亲差异性条带呈现出偏父性遗传的特点。 不同分类群的异源多倍体在二倍化过程中,正反交序列丢失往往表现出不同特征,暗示了在不同物种中核质互作在多倍体进化过程的作用不同。为了研究细胞质背景对基因组序列丢失的影响,利用23对Eco RI-NN/Mse I-NNN选择性引物对Cucumishystrix与栽培黄瓜C.sativus的正反交F_1、异源双二倍体及亲本DNA进行AFLP分析。结果表明:杂种F_1与异源双二倍体基因组发生了广泛的序列丢失。正交后代与反交后代在丢失亲本基因组序列的频率上差异不显著,并且在序列丢失时间(均始于F_1代)及丢失类型上也表现出相同的特点,表明核质互作并不是影响序列丢失的主要因素。实验还发现,不论正交还是反交,后代丢失普通黄瓜基因组序列数大于丢失野生种基因组序列数,表明甜瓜属多倍化早期阶段易于丢失染色体数比较少的亲本基因组序列。 3.甜瓜属远缘杂交及多倍化诱发基因组DNA胞嘧啶甲基化变化特征研究 为了研究DNA甲基化在甜瓜属人工异源多倍体形成过程中的作用,利用methylation-sensitive amplification polymorphism(MSAP)技术,对甜瓜属远缘杂种F_1、人工异源双二倍体及亲本基因组DNA进行研究。结果发现,远缘杂种F_1及人工异源双二倍体基因组发生了胞嘧啶甲基化模式变化,表明远缘杂交及多倍化均可诱发基因组胞嘧啶甲基化发生变化。甲基化变化根据变化模式的不同可以分为五种类型,主要是脱甲基化类型(甲基化水平降低)和过甲基化类型(甲基化水平升高),并且发生过甲基化变化的位点数是发生脱甲基化变化的2-4倍,说明甲基化变化主要表现为亲本基因组的部分位点在后代中发生过甲基化。研究还发现,与父本基因组相比,母本基因组在远缘杂交后代中易发生过甲基化变化,暗示了DNA甲基化在识别和保护自身DNA中起重要作用。对异源双二倍体不同自交世代甲基化进行研究,在S_1和S_2代之间发生甲基化模式变化的位点数显著多于S_2和S_3代,表明伴随着自交世代的升高,双二倍体基因组胞嘧啶甲基化变化剧烈程度逐渐降低,基因组逐渐趋于稳定,DNA甲基化可能在遗传二倍化过程中起重要作用。 为了研究甜瓜属异源双二倍体在形成及稳定过程中甲基化变化位点的特征特性,我们对远缘杂交及多倍化诱发的基因组胞嘧啶甲基化变化位点进行分析。结果发现,在克隆测序的15条序列中,有7条序列与已知功能基因或调控基因具有较高的相似性。根据测序结果设计特异引物,进行PCR验证分析,发现MSAP多态性由DNA甲基化修饰引起。并且RT-PCR分析发现胞嘧啶甲基化可能参与了甜瓜属人工异源双二倍体基因表达的调控,表明其在异源多倍体二倍体化过程中起到重要作用。Southernblot结果发现,甲基化变化序列不仅有单拷贝序列,而且也有部分是多拷贝序列。 为了研究组织培养对胞嘧啶甲基化的影响,利用MSAP技术研究了随机选取的普通黄瓜‘长春密刺'实生苗与组织培养再生苗之间胞嘧啶甲基化差异,结果发现在胞嘧啶甲基化水平上,实生苗与组织培养再生苗之间没有差异。对甲基化模式进行进一步研究分析发现,与实生苗相比,组培再生苗部分位点发生了甲基化模式的变化,但变化位点仅占总位点的0.6%。暗示了组织培养不能引起胞嘧啶甲基化发生很大程度的变化。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前20条
1 陈友根;陈劲枫;李为观;崔利;陈龙正;;甜瓜属不同倍性异源多倍体光合特性及超微结构研究[J];南京农业大学学报;2010年01期
2 徐传远;王丽萍;;多倍体植物的遗传和表观遗传现象[J];湖北农业科学;2010年10期
3 杨墨;;甜瓜[J];山西果树;1985年01期
4 陈劲枫,钱春桃,林茂松,罗向东,张蜀宁;甜瓜属植物种间杂交研究进展[J];植物学通报;2004年01期
5 陈龙正;娄群峰;Joseph N.Wolukau;陈劲枫;耿红;罗向东;;甜瓜属人工异源四倍体早期基因组变化的初步研究[J];园艺学报;2005年06期
6 陈龙正;娄群峰;张晓青;钱春桃;马云飞;陈劲枫;;Cucumis hystrix Chakr.×黄瓜种间杂种F_1及其双二倍体细胞遗传学特性及花粉育性研究[J];南京农业大学学报;2006年04期
7 钱春桃,陈劲枫,赵飞,徐玉波,李式军;弱光条件下甜瓜属种间杂交新种的某些光合特性[J];植物生理学通讯;2002年04期
8 邱天;庞劲松;;小麦异源多倍体中亲本基因组相互作用产生快速基因组变异的ISSR标记分析[J];东北师大学报(自然科学版);2011年02期
9 庄飞云,陈劲枫,钱春桃,李式军,任刚,王志军;甜瓜属种间杂交新种及其后代对低温的适应性反应[J];南京农业大学学报;2002年02期
10 刘莉,柿原文香,加藤正弘;来自甜瓜属(Cucumis melo L.)6个变种部分品种货架期差异比较[J];园艺学报;2004年06期
11 何志鸿,王金陵;大豆种子辐射后早期世代的选择[J];大豆科学;1985年03期
12 张德纯;;甜瓜[J];中国蔬菜;2008年07期
13 王金陵,吴忠璞,孟庆喜,高凤兰;大豆杂交组合早期世代鉴定的研究[J];遗传学报;1979年02期
14 陈劲枫,庄飞云,钱春桃;甜瓜属一新物种(双二倍体)合成及定性[J];武汉植物学研究;2001年05期
15 李柄霞;;香蜜900甜瓜的高产栽培技术[J];农业科技通讯;2006年10期
16 ;知识卡片[J];种子世界;1985年10期
17 庄飞云,陈劲枫,钱春桃,罗向东,雷春;甜瓜属人工异源四倍体(Cucumis hytivus)染色体组间重组的细胞学及分子标记研究[J];中国农业科学;2005年03期
18 李再云,华玉伟,葛贤宏,徐传远;植物远缘杂交中的染色体行为及其遗传与进化意义[J];遗传;2005年02期
19 陈劲枫,林茂松,钱春桃,庄飞云,Stephen Lewis;甜瓜属野生种及其与黄瓜种间杂交后代抗根结线虫初步研究[J];南京农业大学学报;2001年01期
20 陈劲枫,任刚,余纪柱,庄飞云,罗向东,任同辉;甜瓜属远缘杂种回交自交群体的过氧化物酶同工酶分析[J];武汉植物学研究;2002年05期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 邢秀梅;张世鑫;杨萍;马璐;陈雯;;环境有机污染物提取物诱导细胞损伤的表观遗传机制[A];中国毒理学会第三届中青年学者科技论坛暨2011年全国前列腺药理毒理学研讨会论文集[C];2011年
2 谭亚军;张庶民;;表观遗传学与人类疾病的研究进展[A];2010年中国药学大会暨第十届中国药师周论文集[C];2010年
3 陈劲枫;庄飞云;娄群峰;徐玉波;钱春桃;任刚;罗向东;;甜瓜属植物种间正反交在形态及分子水平上的差异性[A];中国园艺学会第九届学术年会论文集[C];2001年
4 卜兴江;;从经典遗传到表观遗传——浅谈遗传学教学内容的扩充[A];高等院校遗传学教学改革探索[C];2010年
5 陈雯;;表观遗传变异—化学致癌通路关键靶点[A];中国毒理学会第三届中青年学者科技论坛暨2011年全国前列腺药理毒理学研讨会论文集[C];2011年
6 徐顺清;陈田;;环境雌激素的表观遗传效应及健康风险评价[A];第五届全国环境化学大会摘要集[C];2009年
7 陆前进;;自身免疫病的表观遗传发病机制,早期生物学标记和治疗目标[A];中华中医药学会皮肤科分会第七次学术年会、2010年重庆四川中西医结合皮肤性病学术年会、全国中西医结合诊疗皮肤性病新进展新技术学习班论文汇编[C];2010年
8 庄志雄;;遗传与表观遗传调控的crosstalk:PARP的作用?[A];全国生化/工业与卫生毒理学学术会议论文集[C];2010年
9 黄荷凤;;辅助生殖技术与生殖遗传/表观遗传[A];2009中国杭州生殖健康学术论坛暨浙江省计划生育学与生殖医学分会学术年会论文汇编[C];2009年
10 程周超;顾兴芳;黄三文;张忠华;张圣平;苗晗;;黄瓜和甜瓜比较图谱的构建[A];庆祝中国园艺学会创建80周年暨第11次全国会员代表大会论文摘要集[C];2009年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 陈龙正;甜瓜属人工异源双二倍体Cucumis hytivus早期世代遗传与表观遗传变化[D];南京农业大学;2008年
2 庄勇;甜瓜属人工异源四倍体Cucumis×hytivus早期世代表型与基因表达变化研究[D];南京农业大学;2009年
3 江彪;甜瓜属Ty1-copia类逆转座子分析及其对异源四倍体遗传变异的影响研究[D];南京农业大学;2011年
4 邓扬悟;甜瓜谷氨酰胺合成酶基因的克隆和功能研究[D];上海交通大学;2010年
5 董玉柱;小麦人工和天然多倍体基因组变异的研究[D];东北师范大学;2003年
6 刘森;三种蝙蝠表观遗传多样性及其影响因素研究[D];东北师范大学;2012年
7 刘振兰;菰DNA渐渗及组织培养诱发水稻基因组表观遗传变异的研究[D];东北师范大学;2002年
8 高美玲;甜瓜雌花相关性状遗传分析及基因定位[D];东北农业大学;2011年
9 郝金凤;无载体无选择标记转基因耐贮藏甜瓜的培育[D];内蒙古大学;2010年
10 魏跃;甜瓜属Cucumis×hytivus Chen and Kirkbride种间杂交的分子验证和细胞器基因的遗传分析[D];南京农业大学;2009年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 朱春燕;甜瓜品种资源耐盐性及其指标评价[D];上海交通大学;2011年
2 白润峰;水分对温室甜瓜基质沙培生长、品质及营养消耗的影响[D];西北农林科技大学;2011年
3 文乐欣;甜瓜种质资源香气成分多样性研究[D];天津大学;2012年
4 孙志浩;甜瓜化感自毒作用研究[D];福建农林大学;2012年
5 马丽丽;高山龙胆群体遗传与表观遗传结构研究[D];东北师范大学;2011年
6 冯宁宁;坐果剂对甜瓜果实发育、营养成分及蔗糖代谢关键酶活性的影响[D];西北农林科技大学;2012年
7 贾凤安;陕西大棚甜瓜三种主要真菌性病害生物防治研究[D];西北大学;2010年
8 王伟娟;根域容积和调亏灌溉对甜瓜生理特性和果实品质的影响[D];华中农业大学;2011年
9 房婷婷;栽培和坐果处理对甜瓜光合作用及果实产量和品质的影响[D];浙江大学;2011年
10 曾小川;人工合成小麦—黑麦双二倍体贮藏蛋白表达和白粉病抗性鉴定研究[D];四川农业大学;2008年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 记者 毛黎;科学家成功解开大量基因沉默之谜[N];科技日报;2008年
2 本报记者 冯卫东 整理 聂翠蓉;百年诞辰日 基因盼“回家”[N];科技日报;2009年
3 常德市鼎城区农业局 刘志军;甜瓜——棉花——榨菜[N];湖南科技报;2007年
4 陈子久 李文辉 沈晓梅;给抗癌思维加点新“元素”[N];医药经济报;2005年
5 张红 曾丹伟;中国侨联特聘专家委员会委员朱卫国——“回家”来,探索生命的奥秘[N];人民日报海外版;2010年
6 余志平;DNA甲基化和组蛋白尾段改变[N];中国医药报;2006年
7 吴卫红;早期发育怎样改变未来[N];健康报;2008年
8 张荔子;“973”计划批准54个新项目[N];健康报;2005年
9 记者 刘传书;我国首个分子靶向药物研制获突破[N];科技日报;2009年
10 记者 刘传书;我小分子抗肿瘤创新药首次获准美国临床研究[N];科技日报;2010年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978