硼（B）和氯化钠胁迫处理诱导高粱（Sorghum bicolor）自交系发生形态和DNA甲基化的变异

论文摘要

在全世界的生产和种植区,高粱是继小麦、水稻、玉米和大麦之后的第五大重要谷物。但是在发展中国家将近90%的高粱种植区收到干旱、盐分、酸碱度及其他非生物因素的的制约。质量自交系是在高粱育种方面被广泛应用的非常重要的科学方法。但是关于影响高粱生长因素的遗传和表观遗传学研究的报道相对较少。尤其在非洲和亚洲,硼和氯化钠是影响高粱生长的重要因素,但这一点却很少被人们所关注。在本研究中,我们分别以硼、硼及氯化钠的组合作为胁迫因子,探究二者在高粱自交体系中的胁迫作用。首先在我们在培养高粱小苗的培养基中加入10、50、100、150、200、300和400 mM七个浓度梯度的硼,处理14天后将苗移栽到土壤中。我们发现浓度为150mM的硼对高粱的株高及产量有明显的促进作用。通过甲基化敏感多台扩增多态性(MSAP)检测到与对照组相比,在硼150 mM、300 mM浓度处理下CG甲基化水平高达13.59%,而在硼150 mM浓度处理下,CNG甲基化水平达5.95%,而在硼300 mM浓度处理下,CNG甲基化水平达5.59%。在所有处理中,CNG去甲基化水平为0.19%,而CG超甲基化水平在150 mM处理浓度为最高,达到0.75% ,而100 mM, 150 mM, 300 mM三个浓度处理下,CNG超甲基化水平均为0.19%,CNG去甲基化水平在10 mM 300 mM浓度下分别为0.19%和0.37%。另外,我们将以上7个浓度梯度的硼分别于浓度为100mM的氯化钠混合,对高粱进行处理。在测量时发现,10、50、100、150、200 mM浓度的硼与100 mM的氯化钠混合处理下,高粱形态学各参数都有明显的下降,而在300 mM、400 mM浓度处理下,这些参数有少量的增加。通过甲基化敏感多态扩增多态性(MSAP)检测到CG甲基化水平在300 mM浓度处理下高达19.88%,在400 mM浓度处理时,水平稍低为13.26%,在300 mM、400 mM浓度处理下CNG甲基化水平分别为5.26%和4.68%,CG超甲基化水平分别为5.47%和0.78%,CG去甲基化水平分别为0.78%和2.73%,300 mM浓度处理下CNG超甲基化水平为0.2%,400 mM浓度处理下CNG去甲基化水平为0.39%。通过对4个DNA片段的测序,BLAST结果显示,与氨基酸转移相关的在CpG结构域结合的同源蛋白MBD10和一个糖基转移酶家族43号蛋白质被激活,得到表达。所有结果显示,硼和氯化钠均对高粱的生长均有一定的影响,使其在幼苗期表观遗传学上发生变化,并能保持到植株成熟阶段。

论文目录

• Abstract
• 摘要
• Chapter Ⅰ
• 1.0 Introduction
• 1.1 Sorghum
• 1.2 Origin, Distribution and Economic Importance of Sorghum
• 1.3 Abiotic Stresses
• 1.4 Boron Toxicity and Soil Salinity
• 1.5 Epigenetics and Abiotic Stresses
• 1.6 The objectives of this study
• Chapter Ⅱ
• 2.0 Literature Review
• 2.1 Abiotic stresses in plants
• 2.2 The problem of salinity stress
• 2.3 Effects of salinity on plant genomes
• 2.4 Boron stress in plants
• 2.5 Effects of Boron toxicity on plant genes
• 2.6 Effects of salinity and Boron toxicity on sorghum
• 2.7 Relevance of DNA cytosine Methylation to abiotic stresses in plants
• Chapter Ⅲ
• 3.0 Materials and Methods
• 3.1 Plant material
• 3.2 Experimental design and abiotic treatments
• 3.3 Inbred line cultivation and B and NaCl stress induction
• 3.4 Morphological analysis and DNA Isolation
• 3.5 MSAP Analysis
• 3.6 Cloning and Determination of MSAP Bands
• Chapter Ⅳ
• 4.0 Results
• 4.1 The Determination of abiotic stress levels
• 4.2 Boron stress
• 4.2.1 Morphological Analysis after Boron stress
• 4.2.2 DNA Methylation Analysis after Boron stress
• 4.3 NaCl and Boron stress
• 4.3.1 Morphological Analysis after NaCl and Boron stress
• 4.3.2 DNA Methylation Analysis after NaCl and Boron stress
• Chapter Ⅴ
• 5.0 Discussion and Conclusions
• 5.1 Impact of Stress at Critical Periods in Plant growth
• 5.2 Effects of Boron toxicity on DNA Cytosine Methylation
• 5.3 Effects of Boron and NaCl toxicity on DNA Cytosine Methylation
• 5.4 Conclusions
• 6.0 References
• Acknowledgements
• Supplementary information
• 7.0 Appendices
• 7.1 The List of protocols used in this thesis
• 7.1.1 High salt DNA extraction Protocol for DNA Methylation analysis
• 7.2 Determination of DNA concentration in agarose gel
• 7.2.1 MSAP Protocol for sorghum
• 7.2.2 Modified protocol MSAP/AFLP Polyacrylamide Gel electrophoresis protocol
• 7.2.3 The Band recovery and bacterial Insertion and Transformation Protocol
• List of Publications