玉米亲本自交系及其杂交种的DNA甲基化水平和模式的遗传和变异研究

论文摘要

DNA甲基化作为一种重要的表观遗传修饰形式,存在于许多高等动、植物中,并在调控基因表达、维持基因组的稳定性等方面发挥重要生物学作用。同时,许多研究发现固有DNA甲基化水平和模式的变化会导致生物的表型异常甚至致死。但一定范围内的甲基化变异也为物种进化提供了机遇。这一点在植物上可能更是如此,因为植物上的甲基化变异常常可以通过减数分裂传递给后代。玉米是利用杂种优势的主要作物之一,但F1代杂交种所表现的超亲优势的机理目前尚不完全清楚。因此本实验选择了3个优良玉米自交系并配制了3个相互杂交组合,利用MSAP和Southern杂交等分子生物学方法研究了亲本和杂交种的多个器官,包括幼苗、胚和胚乳的DNA甲基化水平以及甲基化模式的遗传和变异,以探索甲基化在玉米基因组DNA中的分布及其规律性,以及杂种优势和DNA甲基化之间的可能关系,进而希望从一个新颖的角度为培育强优势的玉米杂交种提供理论依据。本文研究主要得到以下结果:1.利用MSAP技术对玉米杂交种和其亲本自交系的幼苗、胚和胚乳的DNA甲基化水平进行了分析,结果表明:两个杂交组合(M丹、丹M、8丹、丹8)的正反交的杂交种幼苗CCGG位点胞嘧啶甲基化水平均略高于其亲本自交系,另一个杂交组合(8M和M8)的DNA甲基化水平低于其亲本自交系,但同一组合正反交间的CCGG位点胞嘧啶的甲基化水平无明显差异。玉米幼苗基因组的DNA甲基化模式主要以内侧胞嘧啶的甲基化为主。幼胚中两个杂交组合(M丹、丹M、8丹、丹8)的DNA甲基化总体水平同其亲本相比都略有增加。对于胚乳,不同杂交组合的DNA甲基化水平同亲本相比表现不同的趋势,一个杂交组合甲基化的总体水平增加,另外一个组合水平与亲本相同,但正反交间无明显差别。2.同幼苗相比,胚和胚乳的DNA甲基化水平均表现出较大程度的降低,幼胚的DNA甲基化水平显著地低于幼苗,而胚乳的DNA甲基化水平又显著地低于幼胚。3.玉米自交系间杂交可导致杂种一代幼苗和胚乳发生不同程度的DNA甲基化变异。尽管亲本向杂交种的DNA甲基化模式的遗传传递主要遵循孟德尔式的遗传方式,幼苗的变异百分率为6.59%～11.92%。另外,同样对于CG和CNG位点的变异,来自于父本变异方式多于相应的母本类型。玉米种胚亲本向子代的DNA甲基化遗传传递百分比较高,变异发生频率较小,各个组合的正反交之间遗传传递的模式间差别较小。同亲本相比,杂交种的胚乳发生了较大程度的DNA甲基化变异,为15.93%～19.64%,变异模式的共同特点是变异都来自于父本,正反交的变异频率无显著差异。4.通过MSAP分析我们观察到同一杂交种不同单株间DNA甲基化变异发生的位点有的表现为随机发生,有的则是非随机发生。5.所有亲本自交系的不同单株间甲基化的遗传模式表现完全一致。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 文献综述
• 1. 表观遗传学
• 2. 有关DNA 甲基化的研究概述
• 2.1 DNA 甲基化及水平和模式
• 2.2 DNA 甲基化的生物学意义
• 3. DNA 甲基化的发生、传递和变异的研究进展
• 3.1 DNA 甲基化的发生机制
• 3.2 DNA 甲基化的遗传
• 3.3 DNA 甲基化的变异
• 4. 杂种优势的分子遗传基础
• 4.1 杂种优势的分子机理
• 4.2 DNA 甲基化与杂种优势
• 5. 研究目的和意义
• 材料和方法
• 1. 供试材料
• 2. 实验方法
• 结果与分析
• 1. 玉米亲本自交系及其杂交种的幼苗DNA 甲基化水平和模式遗传和变异的研究
• 1.1 玉米自交系及其杂交种的幼苗在CCGG 位点的胞嘧啶甲基化的相对水平
• 1.2 玉米亲子代间幼苗的 DNA 甲基化模式的遗传和变异分析
• 1.3 玉米杂交种不同幼苗单株间DNA甲基化变异
• 1.4 玉米亲本自交系的异质性检测
• 1.5 玉米杂交种的幼苗DNA甲基化变异带的测序分析
• 1.6 DNA甲基化遗传和变异的Southern杂交验证
• 2.玉米亲本自交系及其杂交种的胚和胚乳 DNA 甲基化水平和模式的遗传和变异的比较研究
• 2.1 玉米自交系及其杂交种胚和胚乳在 CCGG 位点的胞嘧啶甲基化的相对水平
• 2.2 玉米亲子代间的胚和胚乳DNA甲基化模式的遗传和变异
• 2.3 玉米杂交种的胚和胚乳DNA甲基化变异带的测序分析
• 2.4 玉米亲子代间胚乳 DNA 甲基化变异 Southern 杂交验证
• 讨 论
• 结 论
• 参考文献
• 英文缩写词
• 致谢
• 在学期间公开发表论文及著作情况