【摘要】：十字花科蕓薹屬中的白菜、甘藍(lán)及其遠(yuǎn)緣雜交后代是重要的蔬菜或油用作物。隨著測(cè)序和組裝等技術(shù)的日益進(jìn)步,白菜和甘藍(lán)的全基因組測(cè)序和基因注釋相繼完成,為蕓薹屬植物的生物學(xué)研究提供了重要基礎(chǔ)。旁系同源基因是指同一基因組(或同系物種的基因組)中,由于祖先基因加倍等過(guò)程而橫向產(chǎn)生的幾個(gè)同源基因。植物間的遠(yuǎn)緣雜交造成物種內(nèi)出現(xiàn)大量的旁系同源基因。目前,植物遠(yuǎn)緣雜交后代旁系同源基因的表達(dá)調(diào)控機(jī)制尚未得到解析。近年來(lái),有研究顯示旁系同源基因之間的DNA序列高度相似,但是其表達(dá)水平卻存在差異,相關(guān)機(jī)制還不清楚,表觀遺傳修飾可能發(fā)揮了重要作用。本研究主要對(duì)白菜與甘藍(lán)遠(yuǎn)緣雜交后代中,表觀遺傳修飾與旁系同源基因差異表達(dá)的關(guān)系進(jìn)行了系統(tǒng)分析。研究選取白菜品種Chiifu和甘藍(lán)品種金早生(JZS)進(jìn)行遠(yuǎn)緣雜交。利用胚挽救技術(shù)得到異源二倍體(allodiploid,AD1)后,又采用秋水仙素加倍的方法得到了異源四倍體(allotetraploid,AT1)。根據(jù)基因間的線性關(guān)系確定了AD1和AT1中的旁系同源基因,并以“two-fold原則”為篩選條件,獲得了差異表達(dá)的旁系同源基因?qū)�。最終以轉(zhuǎn)座子、24-nt s RNA和三種類型的甲基化(Cp G、CHG和CHH)為研究重點(diǎn),對(duì)表觀遺傳修飾與旁系同源基因差異表達(dá)的相關(guān)關(guān)系進(jìn)行了研究。主要結(jié)果如下:1、對(duì)白菜、甘藍(lán)及其雜交后代AD1和AT1的轉(zhuǎn)座子分布進(jìn)行研究時(shí)發(fā)現(xiàn),在全基因組水平,基因內(nèi)部及其上下游臨近區(qū)域轉(zhuǎn)座子的密度與基因表達(dá)呈負(fù)相關(guān),并且基因上游1 kb至下游1 kb與基因表達(dá)的相關(guān)性最大,在此定義基因上游1 kb和基因下游1 kb為基因上下游區(qū)域。2、在對(duì)雜交后代(AD1和AT1)的研究中發(fā)現(xiàn),旁系同源基因上下游區(qū)域的轉(zhuǎn)座子密度與其基因差異表達(dá)無(wú)關(guān);但是基因區(qū)的轉(zhuǎn)座子密度與旁系同源基因的差異表達(dá)具有負(fù)相關(guān)性。3、發(fā)現(xiàn)在AD1和AT1的基因上下游區(qū)域和基因區(qū)域的24-nt s RNA水平與旁系同源基因之間的差異表達(dá)不相關(guān)。在對(duì)24-nt s RNA靶向轉(zhuǎn)座子的水平進(jìn)行分析時(shí)發(fā)現(xiàn),其與旁系同源基因的差異表達(dá)無(wú)明顯關(guān)系。4、在基因上下游區(qū)域,無(wú)論是在AD1還是AT1中,3種類型的DNA甲基化(Cp G、CHG和CHH)水平及轉(zhuǎn)座子的DNA甲基化水平都與旁系同源基因之間的差異表達(dá)無(wú)關(guān);而在基因區(qū),差異表達(dá)的旁系同源基因的表達(dá)水平越低,其CHG和CHH類型的甲基化水平越高。對(duì)轉(zhuǎn)座子的DNA甲基化水平研究時(shí)發(fā)現(xiàn),基因區(qū)中,轉(zhuǎn)座子的CHG和CHH類型DNA甲基化與旁系同源基因的差異表達(dá)呈負(fù)相關(guān)�？偠灾�,在白菜和甘藍(lán)遠(yuǎn)緣雜交的后代(AD1和AT1)中,旁系同源基因的上下游區(qū)域,轉(zhuǎn)座子、24-nt s RNA、24-nt s RNA靶向轉(zhuǎn)座子、DNA甲基化和轉(zhuǎn)座子的甲基化均與其差異表達(dá)無(wú)關(guān);在基因區(qū),轉(zhuǎn)座子的密度、CHG類型DNA甲基化、CHH類型DNA甲基化、轉(zhuǎn)座子的CHG和CHH類型DNA甲基化均與旁系同源基因的差異表達(dá)呈負(fù)相關(guān)。
【圖文】：

芥（B.carinata;BBCC,2n=36） Nagaharu通過(guò)人工合成得到了甘藍(lán)型油菜，并給出了三個(gè)基本種與三個(gè)復(fù)合種的關(guān)系：3個(gè)基本種通過(guò)相互雜交和自然加倍而形成雙二倍體種，即經(jīng)典的 禹氏三角 （Nagaharu U, 1935），如圖1-1所示 而在 禹氏三角 中物種之間的關(guān)系也成為了研究多倍化的重要模式體系（Lukens et al., 2006），，這也為種間雜交的機(jī)制與特性的提供了理論依據(jù) 圖 1- 1 禹氏三角（Nagaharu U, 1935）Figure 1-1 U' s triangle（Nagaharu U, 1935）隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，生物信息學(xué)水平的不斷提高，測(cè)序成為了一個(gè)十分熱門的研究工作 蕓薹屬中較早完成全基因組測(cè)序和基因注釋的是白菜和甘藍(lán)，其測(cè)序的成功，為蕓薹屬作物的科學(xué)研究做出了極其突出的貢獻(xiàn) 2003年白菜基因組測(cè)序計(jì)劃啟動(dòng)，并利用Sanger測(cè)序法得到了白菜第三條染色體的信息（Munetal.,2010），直至2011年，白菜全基因組測(cè)序任務(wù)圓滿完成（Wang et al., 2011）；2009年甘藍(lán)全基因組測(cè)序項(xiàng)目正式啟動(dòng)，2014年研究人員通過(guò)Illumina Roche 454和Sanger測(cè)序完成了甘藍(lán)（B. oleracea）的基因組草圖 隨后科研工作者們又進(jìn)一步開(kāi)展了白菜和甘藍(lán)的基因組注釋 比較基因組學(xué) 基因組進(jìn)化和各種相關(guān)的生物學(xué)分析

5轉(zhuǎn)座子的功能影響轉(zhuǎn)座子活性的因素有很多，如染色體斷裂 溫度 光照和高能射線等，有研究發(fā)現(xiàn)遠(yuǎn)緣雜交也可以激活沉默的轉(zhuǎn)座子 McClintock 認(rèn)為，種間雜交對(duì)植物基因組的進(jìn)化是一種刺激作用，而這種作用很容易激活沉默的轉(zhuǎn)座子，導(dǎo)致基因組擴(kuò)增或者重建（McClintock.,1984） 隨著對(duì)遠(yuǎn)緣雜交和轉(zhuǎn)座子研究的不斷深入，有大量的研究結(jié)果都表明，遺傳物質(zhì)有差異的親本進(jìn)行雜交時(shí)，圖 1-2 轉(zhuǎn)座子的分類系統(tǒng)（Wicker et al., 2009）Figure 1-2 Proposed classification system for transposable elements (TEs) （Wicker et al., 2009）
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：S634;S635

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2601231