小麦与黑麦杂交单体附加系及自交后代的基因组与DNA甲基化的变化

论文摘要

小麦是最重要的粮食作物之一,但是由于长期的品种选育,使得普通小麦的遗传多样性逐渐丧失,抗病性抗逆性减弱。然而小麦的近缘种属中蕴藏着许多小麦所不及的基因,因此,从小麦的近缘物种中向小麦导入一些优良基因,来拓宽小麦的遗传资源是非常必要的。目前来看,远缘杂交是将近缘物种的优良基因导入普通小麦的主要手段,而且远缘杂交也是作物品种改良的重要途径。黑麦(Secale cereale L.)作为小麦的近缘物种,是最早也是最成功地用于改良小麦的近缘植物之一,是丰富小麦遗传变异、改良小麦品种的重要基因资源。而小麦—黑麦附加系是将黑麦有利基因导入小麦背景中的重要桥梁材料,是黑麦基因利用的有效途径,是最具有研究和利用价值的,并且小麦—黑麦单体附加系是诱导小麦—黑麦染色体小片段易位的有效工具。本文以小麦—黑麦2R和6R单体附加系及其自交后代为材料,运用AFLP, MSAP等分子生物学技术探讨单条黑麦染色体的导入对受体小麦基因组以及DNA甲基化的影响,为小麦优良品种的选育提供分子生物学基础。为探讨外源黑麦单染色体的附加导致的受体小麦基因组的影响,我们使用AFLP技术对2R和6R单体附加系及自交后代进行基因组扫描,检测到2R和6R单体附加系及自交后代都发生了不同程度的基因组一级结构的变化。序列丢失和序列增加是外源染色体导入后受体小麦基因组发生的主要变异,其中序列丢失是最主要的变异。其中黑麦染色体依然保持的后代的变化要高于上代单体附加系,自交后代各姐妹间的差异也不同。对检测到的一级结构变异的主要位点进行克隆,序列比对后发现,发生变异的特异性位点主要位于转座子、反转录转座子以及编码蛋白上。使用MSAP技术对2R和6R单体附加系自交及后代进行扫描,探讨外源染色体导入后小麦基因组发生的甲基化变化。MSAP技术是使用两套对甲基化敏感程度不同的酶,对2R和6R单体附加系及自交后代进行检测发现,2R和6R单体附加系材料及后代甲基化率与小麦相比均有不同程度的差异,且全甲基化水平要高于小麦。说明黑麦染色单体的附加引起了受体基因组甲基化水平的变异。MSAP技术不仅显示了材料的甲基化水平的变异,也显示了甲基化模式的变异。主要分为三类,与小麦相比表现为超甲基化的,去甲基化的和不确定位点。通过对数据的分析表明,其中超甲基化是最主要的变异。说明单体附加系及其后代也发生了甲基化模式的变异。对DNA甲基化变异的主要位点进行克隆,序列比对后发现,发生变异的特异性位点多数都与转座子、反转录转座子有关。推测小麦一黑麦单体附加系中由于转座子与反转子的存在,导致染色体断裂,形成小片段易位。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1. 文献综述
• 1.1 小麦远缘杂交育种研究进展
• 1.2 黑麦优良基因在小麦改良中的应用
• 1.2.1 黑麦基因资源
• 1.2.2 黑麦基因向小麦中的转移
• 1.3 小麦外源种质的鉴定
• 1.3.1 形态学标记
• 1.3.2 细胞学标记
• 1.3.3 生化标记
• 1.3.4 原位杂交
• 1.3.5 分子标记
• 1.4 植物远缘杂交引起的基因组变化与甲基化变化
• 1.4.1 表观遗传变异
• 1.4.2 DNA甲基化
• 1.4.3 DNA甲基化的研究方法
• 1.5 本研究的目的意义
• 2. 材料与方法
• 2.1 实验材料
• 2.2 实验方法
• 2.2.1 C-分带
• 2.2.2 基因组原位杂交
• 2.2.3 基因组DNA提取
• 2.2.4 引物的稀释
• 2.2.5 AFLP分析
• 2.2.6 MSAP分析
• 2.2.7 目的片段回收、克隆、测序
• 3. 结果与分析
• 3.1 单体附加系的细胞学鉴定
• 3.2 AFLP检测结果
• 3.2.1 DNA片段的连接与预扩增
• 3.2.2 选择性扩增
• 3.2.3 基因组结构变异位点分析
• 3.3 基因组MSAP检测结果
• 3.3.1 DNA片段的连接与预扩增
• 3.3.2 选择性扩增
• 3.3.3 基因组DNA甲基化水平
• 3.3.4 基因组DNA甲基化模式
• 3.3.5 基因组结构变异位点分析
• 4. 讨论
• 4.1 AFLP和MSAP技术
• 4.2 单体附加系及后代基因组结构变异分析
• 4.3 单体附加系及后代基因组DNA甲基化变异分析
• 4.4 单体附加系及后代基因组DNA甲基化变异模式及位点分析
• 5. 结论
• 参考文献
• 致谢