激光辐射诱导水稻转座子mPing，Ping及Pong的转座激活和可遗传DNA甲基化变异

论文摘要

转座子是基因组内可移动、可扩张的遗传元件。研究特定诱导条件下转座子的转座有助于我们全面的理解转座子转座的生物学意义和功能。转座子的转座活性能否遗传给有性后代以及是否继续激活也是一个值得研究的问题。本文研究发现,激光辐射处理水稻基因型JL01-124糙米种胚,发芽植株在田间生长过程中出现了散穗、早熟、长粒、长芒等表型变异的个体。随机选表型变异株进行Southern杂交和转座子展示分析,发现MITET类转座子mPing和其自主性转座子（转座酶供体）Ping和Pong发生了协同转座激活。还发现所分析植株存在不同的mPing插入位点。通过侧翼序列的位点专化PCR扩增分别找到了mPing和Pong插入和跳出位点。对35个mPing跳出位点的测序结果表明,跳出时没有留下足迹（footprint）,而5个Pong跳出位点中有2个Pong的跳出留有足迹。对11个mPing插入位点的测序和序列比对结果表明,mPing插入到了染色体的不同位置。mPing插入和跳出分析结果显示最高的插入和跳出频率分别达到17.9%和18.4%。mPing转座活性传递结果表明激活的mPing转座活性可以通过减数分裂传递给后代;同样,Ping和Pong的转座活性也可以传递给后代。mPing可以继续激活至少到第三个世代,也可以隔代重新激活,Ping或Pong有相应的激活但也可以不再发生转座。同时研究了已报道存在激活潜力的反转座子Tos17的转座活性。激光处理当代也可激活Tos17发生转座,并通过减数分裂传递给下一代。只有一株出现隔代激活现象,其它单株只表现为遗传分离。AFLP分析表明转座子激活伴随着基因组大规模的不稳定性。本文还对11个低拷贝的转座子和9个核基因的甲基化模式进行了研究。结果表明,8个单株11个转座子都有不同程度的甲基化变异发生,而且主要表现为去甲基化变异;9个核基因中的6个发生了甲基化变异,变异方式有升高也有降低。MSAP分析表明激光处理当代植株发生了基因组范围的去甲基化变异。改变的甲基化模式也可以通过减数分裂传递给后代,而且世代间（包括隔代）还有新变异的出现。转座子甲基化模式变异至少可传递到处理后的第三个世代。根据以上几方面的研究结果,认为激光辐射处理在分子水平上,除诱导经典的DNA序列变异外,还以高频率诱导水稻基因组内源转座子和反转座子的转座激活以及甲基化变异。因此,本文研究结果为作物激光诱变育种提供了新的理论依据。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 文献综述
• 1. 转座子的分子生物学研究进展
• 1.1 转座子及其结构特点
• 1.2 MITE 类转座子的结构特点
• 1.3 转座子与基因组进化
• 2. DNA 甲基化的分子生物学研究进展
• 2.1 DNA 甲基化
• 2.2 DNA 甲基化的生物学功能
• 3. 转座子活性与 DNA 甲基化的关系
• 4. 本研究的背景、目的和意义
• 材料与方法
• 1. 实验材料
• 2. 实验方法
• 2.1 植物材料的激光处理
• 2.2 植物基因组 DNA 的提取与纯化
• 2.3 Southern 杂交分析
• 2.4 mPing 插入位点侧翼序列的克隆与序列分析
• 2.5 AFLP 和 MSAP
• 2.6 转座子展示
• 2.7 PCR 产物的纯化与克隆
• 2.8 感受态细胞的制备、转化及α互补筛选
• 2.9 DNA 序列测定及同源性探寻
• 结果与分析
• 1. 激光处理水稻产生了表型变异
• 2. 激光诱导水稻mPing 及其可能的自主性转座子Ping 和Pong 转座激活
• 0代mPing 激活伴随 Ping 和 Pong 的激活'>2.1 激光处理的 M₀代mPing 激活伴随 Ping 和 Pong 的激活
• 0代水稻体细胞mPing 激活的 PCR 证据'>2.2 激光处理 M₀代水稻体细胞mPing 激活的 PCR 证据
• 2.3 mPing 跳出位点的 PCR 检测和跳出后的足迹（foot-prints）
• 2.4 mPing 插入位点的分析
• 2.5 mPing 转座频率的分析
• 2.6 激光处理当代 mPing 激活特性在连续自交世代中的遗传
• 2.7 激光对其他转座子的影响
• 2.8 激光对水稻基因组整体稳定性的影响
• 3. 激光处理引起了转座子和反转座子及编码基因序列的可遗传DNA 甲基化变异
• 3.1 转座子和反转座子发生了高频率的甲基化变异，同时编码基因的序列也有胞嘧啶的甲基化变异
• 3.2 用 MSAP 检测激光处理后的植株整体甲基化变异水平
• 3.3 甲基化变异的遗传
• 讨论
• 结论
• 参考文献
• 附表
• 致谢
• 发表文章