不同单株叶籽银杏间DNA甲基化差异分析

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银杏(Ginkgo biloba L.)是第四纪冰川之后现存种子植物中最古老的孑遗植物。在其漫长的进化过程中,银杏的叶片和种子均发生了明显的形态变异。Shirai于1891年在日本发现了第一株叶籽银杏(Ginkgo biloba L.var.epiphylla Mak.),叶籽银杏作为银杏家族中的一个特异种质,其主要特点为叶生雌性生殖器官的个体发生和结构,具有重要的科研和观赏价值。DNA甲基化是一种重要的表观遗传修饰,在基因表达、细胞分化、性别表达、生殖细胞发育等方面有重要的作用。本研究以叶籽银杏和正常银杏叶片为试材,采用MSAP技术对叶籽银杏DNA甲基化水平、模式进行了分析,并对DNA甲基化修饰位点进行了克隆及序列比对。主要研究结果如下:(1)通过对影响PCR(聚合酶链式反应)扩增的DNA模板、聚合酶、Mg2+等诸多因素进行筛选,建立了高效的叶籽银杏甲基化敏感扩增多态性(MSAP)技术体系。从36对MSAP选扩增引物中选出14对选扩增引物组合,扩增获得了22个叶籽银杏和1个正常银杏单株的MSAP图谱。(2)用14对引物扩增产生5386条清晰可辨的DNA条带,甲基化条带2161条。叶籽银杏平均甲基化水平为40.71%,其中,半甲基化水平为14.59%,全甲基化水平为26.11%。正常银杏甲基化水平为30.71%,其中,半甲基化水平为9.06%,全甲基化水平为21.65%。不同单株之间DNA甲基化水平差异显著,甲基化水平在26.98%-61.71%之间,叶籽银杏平均DNA甲基化水平高于正常银杏。(3)对22个叶籽银杏和1个正常银杏的DNA甲基化模式进行了分析,根据EcoRⅠ和HpaⅡ/MspⅠ组合,在聚丙烯酰胺凝胶上会出现四种甲基化模式,即非甲基化、半甲基化、全甲基化和没有酶切位点的特殊带型。根据四类模式又可细分为10种甲基化模式。叶籽银杏以DNA胞嘧啶内侧甲基化为主,与正常银杏相比,叶籽银杏发生重新甲基化的位点数为1004个,占总差异的51.04%,去甲基化的位点数为706,占总差异的35.89%,叶籽银杏中重新甲基化模式占主导地位。(4)根据甲基化敏感多态和甲基化不敏感多态产生的“0”,“1”矩阵,用NTSYSpc软件对不同单株的叶籽银杏分别进行了聚类分析和主成分分析。研究发现四川万源(WY)和云南腾冲(TC3)的叶籽银杏亲缘关系最近,其次是山东肥城(NS2)和日本(Oha.)的两个单株有较近的亲缘关系。其它单株间亲缘关系较远,地区相近的叶籽银杏单株并没有聚为一类,不同单株间DNA甲基化并没有一定的地域性。主成分分析结果与聚类分析结果相似,HpaⅡ和MspⅠ获得的两个主成分分析图可以得出,第一维度分别代表了总变异的60.37%和69.34%,第二维度分别代表了总变异的5.48%和4.65%,第一维度的贡献率大于第二维度的贡献率。(5)对叶籽银杏甲基化修饰位点进行了回收、克隆、测序和同源性分析分析,发现叶籽银杏基因组中包括假设蛋白、重复序列、转录调控因子等多种DNA序列存在甲基化修饰现象。叶籽银杏的DNA甲基化水平和模式进行了检测,并对DNA甲基化进行了多样性分析,对甲基化修饰位点进行了克隆分析。该研究为叶籽银杏表观遗传学研究奠定了一定的基础,对揭示叶籽银杏的变异机制有一定意义。
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