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白菜和甘藍遠緣雜交后代旁系同源基因差異表達機制

發(fā)布時間:2020-03-26 08:58
【摘要】:十字花科蕓薹屬中的白菜、甘藍及其遠緣雜交后代是重要的蔬菜或油用作物。隨著測序和組裝等技術(shù)的日益進步,白菜和甘藍的全基因組測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程而橫向產(chǎn)生的幾個同源基因。植物間的遠緣雜交造成物種內(nèi)出現(xiàn)大量的旁系同源基因。目前,植物遠緣雜交后代旁系同源基因的表達調(diào)控機制尚未得到解析。近年來,有研究顯示旁系同源基因之間的DNA序列高度相似,但是其表達水平卻存在差異,相關(guān)機制還不清楚,表觀遺傳修飾可能發(fā)揮了重要作用。本研究主要對白菜與甘藍遠緣雜交后代中,表觀遺傳修飾與旁系同源基因差異表達的關(guān)系進行了系統(tǒng)分析。研究選取白菜品種Chiifu和甘藍品種金早生(JZS)進行遠緣雜交。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,對表觀遺傳修飾與旁系同源基因差異表達的相關(guān)關(guān)系進行了研究。主要結(jié)果如下:1、對白菜、甘藍及其雜交后代AD1和AT1的轉(zhuǎn)座子分布進行研究時發(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呈負相關(guān),并且基因上游1 kb至下游1 kb與基因表達的相關(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無關(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具有負相關(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不相關(guān)。在對24-nt s RNA靶向轉(zhuǎn)座子的水平進行分析時發(fā)現(xiàn),其與旁系同源基因的差異表達無明顯關(guān)系。4、在基因上下游區(qū)域,無論是在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無關(guān);而在基因區(qū),差異表達的旁系同源基因的表達水平越低,其CHG和CHH類型的甲基化水平越高。對轉(zhuǎn)座子的DNA甲基化水平研究時發(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呈負相關(guān)?偠灾,在白菜和甘藍遠緣雜交的后代(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無關(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呈負相關(guān)。
【圖文】:

草圖,三角,白菜


芥(B.carinata;BBCC,2n=36) Nagaharu通過人工合成得到了甘藍型油菜,并給出了三個基本種與三個復(fù)合種的關(guān)系:3個基本種通過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,測序成為了一個十分熱門的研究工作 蕓薹屬中較早完成全基因組測序和基因注釋的是白菜和甘藍,其測序的成功,為蕓薹屬作物的科學(xué)研究做出了極其突出的貢獻 2003年白菜基因組測序計劃啟動,并利用Sanger測序法得到了白菜第三條染色體的信息(Munetal.,2010),直至2011年,白菜全基因組測序任務(wù)圓滿完成(Wang et al., 2011);2009年甘藍全基因組測序項目正式啟動,2014年研究人員通過Illumina Roche 454和Sanger測序完成了甘藍(B. oleracea)的基因組草圖 隨后科研工作者們又進一步開展了白菜和甘藍的基因組注釋 比較基因組學(xué) 基因組進化和各種相關(guān)的生物學(xué)分析

轉(zhuǎn)座子,分類系統(tǒng)


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)遠緣雜交也可以激活沉默的轉(zhuǎn)座子 McClintock 認為,種間雜交對植物基因組的進化是一種刺激作用,而這種作用很容易激活沉默的轉(zhuǎn)座子,導(dǎo)致基因組擴增或者重建(McClintock.,1984) 隨著對遠緣雜交和轉(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)有差異的親本進行雜交時,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】:中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院
【學(xué)位級別】:碩士
【學(xué)位授予年份】:2018
【分類號】:S634;S635

【參考文獻】

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本文編號:2601231

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