【摘 要】
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基因印迹是指在正交和反交当代种子中,来源于父本或母本的等位基因被特异沉默的一种表观遗传学现象。本研究利用转录组测序技术,从全基因组水平上分析了不同倍性小麦、不同发育时期胚乳中的印迹基因数量、种类及功能类别,为小麦多倍体形成过程中亲本等位基因调控种子发育开辟了新的研究方向,同时也为亲本冲突假说提供了有力的证据。主要结果如下:1.不同倍性小麦胚乳印迹基因的发掘和鉴定1)利用二倍体小麦Y177和RM22
【基金项目】
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国家自然科学基金项目(31471479); 国家重点研发计划(2016YFD0101004);
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基因印迹是指在正交和反交当代种子中,来源于父本或母本的等位基因被特异沉默的一种表观遗传学现象。本研究利用转录组测序技术,从全基因组水平上分析了不同倍性小麦、不同发育时期胚乳中的印迹基因数量、种类及功能类别,为小麦多倍体形成过程中亲本等位基因调控种子发育开辟了新的研究方向,同时也为亲本冲突假说提供了有力的证据。主要结果如下:1.不同倍性小麦胚乳印迹基因的发掘和鉴定1)利用二倍体小麦Y177和RM220做正反杂交,在其授粉后15天和20天的胚乳中分别鉴定到84和61个印迹基因(去冗余后共91个);利用四倍体小麦津硬8号和SCAUP做正反杂交,在其授粉后15天和20天的胚乳中分别鉴定到110和96个印迹基因(去冗余后共135个);利用六倍体小麦豆麦和科遗5214做正反杂交,在其授粉后15天、20天和25天的胚乳中分别鉴定到115、86和83个印迹基因(去冗余后共146个)。通过分析不同发育时期的印迹基因,发现约47.3%(176/372)的印迹基因表达模式高度保守,而52.7%的印迹基因具有时空表达特异性。另外,研究发现MEGs和PEGs的表达量比非印迹基因的表达量高,MEGs的表达量比PEGs的表达量高。GO(Gene Ontology)分析发现MEGs主要参与了营养的代谢而PEGs参与基因的转录调控过程。2)通过比较不同倍性小麦胚乳中鉴定的印迹基因,发现约50%(18/35)的印迹基因在小麦多倍体形成过程中表达模式具有保守性,其它印迹基因在小麦多倍化过程中印迹表达模式发生了分化。在四倍体小麦和六倍体小麦胚乳中,分别约23.1%(3/13)和40%(10/25)的部分同源基因同时表现为印迹表达。本实验共发现37对部分同源基因在不同倍性小麦中是印迹基因。在所有比较的物种中,不同倍性小麦之间印迹基因的保守性最强。2.不同倍性小麦正反杂交胚乳印迹基因的发掘和鉴定1)发现四倍体小麦(津硬8号)和六倍体小麦(CB037)正反杂交种子发育存在缺陷,6n×4n种子细胞化提前,授粉后5天胚乳开始积累淀粉粒,成熟时种子充实但是变小;4n×6n种子细胞化时间推迟,授粉后7天胚乳内有少量淀粉积累,成熟时种子变大但是皱缩。2)转录组测序发现,4n×6n组合中的胚乳基因的整体表达量高于6n×4n。6n×4n组合胚乳中的上调表达基因主要富集在和营养物质积累相关的类别中,比如“淀粉生物合成过程(GO:0019252)”;与之相反,4n×6n种子的胚乳中的上调表达基因主要富集在和微管相关的类别中,比如“微管结合(GO:0008017)”。3)不同倍性小麦杂交胚乳中,偏离2:1表达的基因比例(26.8%)高于同倍性小麦杂交胚乳中偏离2:1表达的基因比例(4n×4n:22.7%;6n×6n:22.6%)。CB037和津硬8号正反杂交的胚乳中共鉴定了 180个印迹基因,其中MEGs主要富集在和大分子代谢相关的分类中,PEGs没有明显的富集。约53.4%(68/127)的四倍体小麦或六倍体小麦印迹基因在倍性间杂交胚乳中的印迹模式发生改变;通过发掘CB037/TAA10,CB037/XX329的正反杂交胚乳中的印迹基因,证明亚基因组互作可以通过改变基因表达水平或基因父母本的表达比例,影响印迹基因的表达模式。
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