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丛枝病发生前后白花泡桐DNA甲基化变化研究

郑秋莉  
【摘要】:泡桐原产我国,是一种重要速生用材树种,其具有的生态和经济价值,可以很大程度上改善生态环境。然而,由植原体引起的泡桐丛枝病,严重影响了泡桐的种植和生产,给我国林业带来了严重经济损失。DNA胞嘧啶甲基化(5m C)是真核细胞基因组主要的表观修饰方式之一,在调节植物生长发育、响应生物和非生物胁迫等方面发挥重要作用。因此,为全面分析泡桐丛枝病发生机制,本研究以白花泡桐健康幼苗(Paulownia fortunei,PF)和患丛枝病幼苗(Paulownia fortunei phytoplasma-infected,PFI)为材料,采用全基因组甲基化测序技术(WGBS)分析植原体入侵前后白花泡桐DNA甲基化(5m C)水平的变化,找出甲基化差异显著的DNA区段(DMR),分析这些区段与基因表达之间的关系,以找到与丛枝病发生相关的基因。经过一系列的研究,得到以下创新性结果:(1)植原体感染后,白花泡桐全基因组平均DNA甲基化水平降低。胞嘧啶的平均甲基化水平由14.53%降为12.47%,CG的平均甲基化水平下降了约5%,CHH的平均甲基化水平下降了约1.5%。(2)将甲基化差异显著的DNA区段和转录组数据进行联合分析,统计出表达变化的差异甲基化基因共有1,693个,其中,甲基化水平上升的基因有748个,下降的有1,011个。(3)找到了与丛枝病发生相关的发生甲基化的基因及其参与的代谢通路,比如参与类黄酮生物合成的细胞色素P450、参与光合作用过程的光系统II叶绿素a/b结合蛋白、细胞分裂素合成相关的ARR和转录因子WRKY33,这些基因在丛枝病发生过程中甲基化水平和基因表达均发生变化,说明泡桐在感染丛枝病后,光合作用和防御体系的变化和DNA甲基化有关。本研究找到了白花泡桐在丛枝病发生前后DNA甲基化水平产生变化的基因,这对深入了解泡桐丛枝病的致病机理、探究泡桐的丛枝病抗病机制有重要意义,也将为研究其他植物的病害发生机制提供有效的参考。


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