竹类植物衰老与复壮过程中的DNA甲基化研究

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为探究竹类植物衰老与复壮过程中的表观遗传变化规律,采用甲基化敏感扩增多态性(MSAP)技术对毛竹(Phyllostachys heterocycla var. pubescens)不同生理年龄的叶片、毛竹种子和春笋诱导所得愈伤组织、五月季竹(Phyllostachys bambusoides Sieb. et Zucc)开花前后及无性复壮过程中的叶片及花器官进行基因组DNA甲基化状况的检测,得到以下结论:1.毛竹基因组DNA甲基化水平随生理年龄的增加呈稳定的上升趋势。采用与毛竹生理年龄密切相关的6对MSAP引物组合(E+CA/HM+CAC、E+CA/HM+CTC、E+CA/HM+CTG、E+AG/HM+CTA、E+AG/HM+CTC、E+AA/HM+CTA),对2年、7年、34年、44年和﹥60年共5个年龄段毛竹幼嫩叶片的基因组DNA甲基化进行检测,发现2年至60年以上生毛竹林的基因组DNA甲基化水平,从19.1%逐渐上升到36.29%。毛竹基因组DNA甲基化敏感多态性随着生理年龄的增加也逐渐升高,表现为毛竹林分年龄相差愈大,其基因组DNA甲基化率的差异性也愈显著。2.毛竹生理年龄及其基因组DNA甲基化水平之间存在高度相关的二次模型,可据此对毛竹的生理年龄加以判识。对本次所用6对引物进行主成分分析,得到一个综合因子Y=0.181x1+0.181x2+0.170x3+0.182x4+0.184x5+0.160x6,将由综合因子整合后所得5个年龄段毛竹的DNA总甲基化水平,代入前期建立的二次模型,发现无法很好的镶合。但对此次不同年龄段毛竹所得DNA甲基化率进行曲线拟合,同样可以得到决定性系数很高的二次模型表达式,即Z=0.071y2-0.278y-19.182, R2=0.997,P<0.01,且两次所得曲线的上升趋势高度一致。说明毛竹生理年龄及其基因组DNA甲基化水平之间存在着高度相关的二次模型,但二次模型的表达式不是唯一固定通用的。在实际运用中可选择若干已知年龄毛竹和所要判识的未知年龄毛竹同时进行MSAP检测,由已知年龄毛竹及其DNA甲基化率获得适用于该次检验的二次模型,再结合未知年龄毛竹的DNA甲基化率,进一步推算出未知年龄毛竹的大概生理年龄。3.毛竹外植体在脱分化过程中其基因组DNA甲基化呈降低趋势,且胚性愈伤组织的DNA甲基化水平低于非胚性愈伤组织。对毛竹的笋和种子等不同外植体及所得愈伤组织的DNA甲基化状况进行检测,发现愈伤组织的甲基化水平低于外植体。毛竹外植体在脱分化的过程中,既发生甲基化事件又发生去甲基化事件,其发生概率分别为12.5%和48.86%,其中以去甲基化事件主,最终导致所诱导的愈伤组织甲基化水平降低。进一步对不同类型愈伤组织的基因组DNA甲基化状况进行对比,发现具胚性愈伤组织的甲基化水平(10.53%)低于非胚性愈伤组织(11.50%),且两者之间有73.44%的位点存在甲基化状态和模式的差异。4.五月季竹开花时其叶片甲基化水平降低,而在无性复壮产生不再开花新竹的过程中其叶片甲基化水平又逐渐回升。对五月季竹开花前、开花期、无性更新大叶竹期及更新产生不再开花新竹期的叶片进行了形态观察和DNA甲基化水平的检测。结果显示:四个时期的叶片大小存在着显著差异,同时,其基因组DNA甲基化水平在开花时降低,而在无性复壮过程中则逐渐回升。说明五月季竹在开花时其叶片无论是形态还是甲基化水平均会发生变异,而在其花后自身更新复壮的过程中则又会逐渐趋于正常。与未开花竹株相比,五月季竹开花时有29.09%的甲基化位点发生了变异,其中有17.88%的位点在开花植株中发生了完全的去甲基化,远高于发生甲基化位点的比率(3.61%);复壮竹株与未开花竹株之间发生变异的位点所占比率(23.64%),尤其是发生去甲基化位点的比率(14.53%),低于开花竹株。5.开花五月季竹花器官的甲基化水平低于叶片。对开花五月季竹叶片和花器官的甲基化状况进行检测,发现同样存在着甲基化水平和模式的差异。其中花器官的甲基化程度(27.44%)低于叶片(29.96%),且两者之间有28.85%的位点在甲基化模式上存在差异。
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