【摘 要】
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为探究DNA甲基化在白菜型冬油菜抗寒性演化形成中的作用,以来自不同环境选育的白菜型冬油菜为试验材料,通过半致死温度、DNA甲基化抑制剂处理对生理生化特性的影响分析试验材料间抗寒性差异;分析低温胁迫下不同抗寒性试验材料DNA甲基化水平和模式的变化,对DNA甲基化差异条带进行回收、克隆、测序,进行BLAST序列比对,以期筛选得到形成抗寒性差异相关的关键基因;并对筛选得到的差异甲基化基因进行克隆,并进行
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为探究DNA甲基化在白菜型冬油菜抗寒性演化形成中的作用,以来自不同环境选育的白菜型冬油菜为试验材料,通过半致死温度、DNA甲基化抑制剂处理对生理生化特性的影响分析试验材料间抗寒性差异;分析低温胁迫下不同抗寒性试验材料DNA甲基化水平和模式的变化,对DNA甲基化差异条带进行回收、克隆、测序,进行BLAST序列比对,以期筛选得到形成抗寒性差异相关的关键基因;并对筛选得到的差异甲基化基因进行克隆,并进行表达分析与生物信息学分析。为解析低温适应过程中环境DNA甲基化调控机理、挖掘强抗寒性白菜型冬油菜种质提供理论依据。主要研究结果如下:1.不同育种环境选育的材料半致死温度具有显著差异,其中吉林范家屯和山西大同选育的材料2018-FJT、DT-7的半致死温度分别为-16.04℃、-15.98℃,抗寒性最强;发现白菜型冬油菜抗寒性的形成和育种环境显著相关,抗寒性的形成与育成环境纬度、年平均气温呈极显著正相关。5-aza C处理对不同抗寒性材料的萌发期生长具有很大的影响,尤其是1000μmol/L处理显著抑制其根生长;5-aza C处理对参试材料抗御低温胁迫起主要作用,与对照相比四个抗寒性不同的材料在低温下的REC和MDA含量显著,且抗寒性较弱的材料CT-2360增幅最高,达到291.7%,5-aza C处理能够显著降低REC和MDA含量,缓解低温对材料的损伤;且有利于强抗寒性材料DT-7的Pro含量积累和渗透调节物质的减少;低温处理过程中,CT-2360、MXW-1、2018-FJT、DT-7四个不同抗寒性材料的SOD、POD、CAT活性均上升,以低温处理5d最显著(P<0.05),其中2018-FJT的SOD活性增幅最高,为45.85%,且在POD活性中表现为DT-7的增幅最大,为460%,而在CAT活性中表现为CT-2360材料增幅321.02%最显著;5-aza C处理后,四个材料在低温过程中的SOD、POD、CAT活性均显著增加。低温下强抗寒性材料2018-FJT甲基化水平降低的快,而抗寒性较弱材料CT-2360的甲基化水平降低幅度小;经过5-aza C处理后发生明显的去甲基化作用。2.MSAP分析共筛选出18对多态性较好的引物,扩增出1426个清晰条带,甲基化位点594条,占总扩增条带的41.65%。低温处理后四个材料的总甲基化比率均降低,其中CT-2360的DNA甲基化水平高于其他三个材料;MXW-1、2018-FJT、DT-7的去甲基化程度高于甲基化,分别是22.99%、19.77%、24.35%,而CT-2360中甲基化程度较高,为22.95%;该结果表明较高程度的去甲基化模式与白菜型冬油菜抗寒性的形成有关。Blast同源性分析显示,64条特异性片段中有39条片段与已知和假定功能的酶以及蛋白具有较高的同源性;推测这些片段的变化可能导致白菜型冬油菜抗寒性发生差异。3.筛选到差异甲基化基因VQ22和未知功能基因LOC103871127进行克隆和表达分析,以MXW-1为例,VQ22基因开放阅读框为591bp,编码196个氨基酸,VQ22蛋白属于不稳定亲水蛋白。预测VQ22蛋白定位在细胞核上,可在70-94个氨基酸上有一个高度保守的VQ结构域。未知功能基因LOC103871127在白菜型冬油菜中的开放阅读框为1347bp,编码448个氨基酸,属于不稳定亲水蛋白,定位在叶绿体上,4个白菜型冬油菜中LOC103871127的同源性达99.02%,三级结构预测可能与NTF2样转肽酶类似。通过低温下的实时荧光定量分析发现,VQ22低温下其保守序列和特异序列在强抗寒性材料2018-FJT中上调表达,而其保守序列在CT-2360中几乎不表达;LOC103871127低温下其保守序列在强抗寒的2018-FJT中上调表达,而其特异序列在不同抗寒性材料中的表达不显著;VQ22和LOC103871127在低温胁迫下发生的不同甲基化模式导致基因表达的上调或下调与白菜型冬油菜对低温环境的适应性密切相关。
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