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花椰菜是芸薹属的一种重要蔬菜,且具有抗癌活性成分,深受广大消费者喜爱。但种质资源匮乏,基础研究薄弱,已成为其新品种培育的重要限制因素。基于此,本研究试图建立花椰菜遗传转化体系,采用T-DNA插入法创制花椰菜突变体。在此基础上,以在体外再生能力方面表现出明显差异的花椰菜幼苗下胚轴和子叶为研究对象,从表观遗传学角度对影响花椰菜遗传转化效率的关键因素--外植体再生能力进行探究。主要研究结果如下:
1.建立了基于农杆菌介导侵染的的花椰菜遗传转化体系,并以体外再生能力强的下胚轴为侵染对象,进行激活标签T-DNA载体pSKI015遗传转化,通过除草剂Basta等抗性筛选,初步获得了一批阳性转化株。
2.采用MSAP分析方法对花椰菜幼苗下胚轴和子叶两个不同部位的基因组DNA甲基化水平和模式特征进行了分析。共检测到1183个位点,其中下胚轴中发生胞嘧啶甲基化的位点占总位点的49.11%,而子叶中为46.49%,表明花椰菜下胚轴和子叶基因组DNA甲基化水平存在一定差异。进一步DNA甲基化模式分析显示,与子叶相比,下胚轴中19.7%的位点发生了甲基化或超甲基化模式调整,而存在15.4%的位点发生了去甲基化模式调整。由于花椰菜幼苗下胚轴和子叶具有相同的基因组结构,因此推测二者在DNA甲基化水平与模式特征方面表现出的差异可能与二者的组织特异性或体外再生能力差异有直接关系。
3.随机挑选10个DNA甲基化模式在下胚轴和子叶间表现为差异的位点进行片段回收、克隆及测序。序列分析表明,10个位点中9个点可能代表有编码功能的基因或转录因子。进而对其中7个转录表达特征进行了分析。qRT-PCR结果显示,其中五个位点在下胚轴和子叶中的转录表达情况与其对应的DNA甲基化模式呈负相关,暗示DNA甲基化修饰可能参与了这些位点所代表基因的转录调控。
4.采用同源克隆法,对花椰菜中三个DNA甲基转移酶MET、DRM、CMT进行了分离、克隆,并对其在花椰菜幼苗下胚轴和子叶中的表达进行了qRT-PCR分析。结果表明,与DNA甲基化状态特征分析结果一致,主要负责CG位点DNA甲基化的MET在下胚轴中的表达显著高于在子叶中的表达。
5.利用新一代高通量测序技术,对花椰菜幼苗下胚轴和子叶全基因组小RNA进行了测序及生物信息学分析。结果显示,花椰菜幼苗下胚轴和子叶中小RNA的分布特征存在一定差异。重点对miRNA的分析表明,在下胚轴和子叶中共检查到来自31个miRNA家族的101个已知miRNA,这其中42个miRNA在二者间表达存在显著差异。另外,根据miRNA前体生物学特征,共预测到15个novel miRNA,其中7个为二者所共有。进一步依托花椰菜转录组数据对已知及新预测miRNA的靶基因进行了预测及GO、KEGG等功能注释分析。结果显示大量靶基因在组织分生能力形成、维持等与再生能力相关的功能注释条目中显著富集。
6.在对小RNA测序数据深入分析基础上,进一步采用茎环PCR等手段对miRNA预测结果的可靠性进行了实验验证。并对多个可能参与花椰菜幼苗下胚轴和子叶体外再生能力差异形成相关的miRNA及其靶基因进行了半定量及定量PCR分析。结果进一步印证了生物信息学分析的可靠性,暗示相关候选miRNA及其靶基因在花椰菜幼苗下胚轴和子叶再生能力差异形成过程中发挥重要作用。