【摘要】：高劑量輻射引起的生物學(xué)損傷在表型上隨劑量增加而呈現(xiàn)劑量依賴性增加,而低劑量輻射沒有這種劑量依賴性規(guī)律,推測高低劑量輻射誘發(fā)生物學(xué)效應(yīng)可能是啟動了不同的抗逆調(diào)控機制。大量研究已證實,高低劑量輻射都會誘發(fā)表觀遺傳學(xué)的變化,反映了表觀遺傳學(xué)變化可能是參與抗脅迫的重要機制,但這些變化與劑量生物學(xué)效應(yīng)的關(guān)系仍然不清楚。因此,本文從表觀遺傳學(xué)調(diào)控機制的角度入手,系統(tǒng)地比較高低劑量輻射誘導(dǎo)水稻基因組甲基化整體變化特征,及其功能基因組表達及蛋白質(zhì)變化的規(guī)律,特別是編碼轉(zhuǎn)錄因子、轉(zhuǎn)座子和甲基化轉(zhuǎn)移酶的DNA甲基化變化與對應(yīng)的基因表達變化特征,對于認識不同劑量誘發(fā)生物學(xué)效應(yīng)的分子機制非常關(guān)鍵。本論文首先通過0,0.01,0.02,0.1,0.2,1,2,5和20 Gy(能量為165 MeV/u,LET為30 keV/μm,劑量率為0.5 Gy/min)輻射處理水稻干種子,應(yīng)用植物生長性狀分析、雙向電泳和DNA甲基化多態(tài)性檢測技術(shù),對每個處理組表型和分蘗期葉片蛋白質(zhì)表達模式與基因組甲基化變化,進行覆蓋高低劑量范圍的不同劑量處理的特征分析。在此基礎(chǔ)上,選取低劑量和高劑量代表組,進一步利用高通量測序技術(shù)分析輻射處理后三葉期,水稻植株的基因組甲基化、功能基因組、蛋白質(zhì)組變化的特征,比較植物不同發(fā)育階段的動態(tài)變化規(guī)律。同時利用生物信息學(xué)分析手段解析了基因組甲基化變化與甲基化轉(zhuǎn)移酶表達調(diào)控變化,轉(zhuǎn)錄因子和轉(zhuǎn)座子編碼基因的甲基化變化與對應(yīng)關(guān)聯(lián)功能基因的變化,及影響能量代謝和抗逆脅迫相關(guān)功能基因及其蛋白質(zhì)變化特征,在高低劑量處理組的區(qū)別,揭示高低劑量輻射誘導(dǎo)脅迫水稻干種子,分別在三葉期和分蘗期發(fā)育階段,由基因組甲基化變化參與抗逆脅迫調(diào)控的規(guī)律和途徑。具體獲得了如下幾方面的結(jié)果:(1)高低劑量重離子輻射水稻干種子后發(fā)育到分蘗期,葉片蛋白質(zhì)表達譜主成分分析表明,仍能以1-2 Gy為高低劑量的分界點,表現(xiàn)了低劑量輻射組蛋白質(zhì)表達與對照組更接近,而高劑量輻射組蛋白質(zhì)表達與對照組差異較大。從發(fā)生DNA甲基化改變的基因和差異表達蛋白質(zhì)的功能分析表明,在高低劑量都影響代謝水平相關(guān)的功能分子基礎(chǔ)上,高劑量誘導(dǎo)了水稻蛋白質(zhì)定位,轉(zhuǎn)運及脅迫應(yīng)答過程的變化;(2)高低劑量處理水稻干種子誘導(dǎo)的DNA甲基化變化分析表明,三葉期表現(xiàn)為無論高低劑量重離子輻射都誘導(dǎo)了 CG和CHH位點去甲基化變化多于甲基化變化,但發(fā)育到分蘗期,在高低劑量處理組CHH位點仍然保持去甲基化變化多于甲基化變化,但低劑量處理組誘導(dǎo)CG位點發(fā)生甲基化變化多于去甲基化變化的動態(tài)改變,提示高低劑量重離子輻射水稻種子誘發(fā)的基因組甲基化水平的改變,伴隨著發(fā)育發(fā)生了動態(tài)變化的是其基因組CG位點上甲基化水平,低劑量處理組相對高劑量處理組,能夠在分蘗期時就發(fā)生恢復(fù)性的變化;(3)高低劑量重離子輻射引起功能基因表達譜的變化分析表明,由RdDM介導(dǎo)基因組甲基化,參與將雙鏈RNA切割成24ntsiRNA的DCL表達下調(diào),同時,負責(zé)與RNA-RNA或RNA-DNA交互作用的AGO3表達下調(diào);參與CG位點從頭甲基化及維持CG位點甲基化的MET1上調(diào)表達,而參與維持非CG位點甲基化的CMT3下調(diào)表達,反映了重離子輻射誘發(fā)的三葉期水稻DNA甲基化水平下降可能與這些甲基化酶多數(shù)下調(diào)表達有關(guān);(4)高低劑量輻射處理水稻種子發(fā)育至三葉期時,水稻轉(zhuǎn)錄因子表達存在不同,低劑量與高劑量處理組相比以下調(diào)為主。分析表明,C2C2(Zn)DOF zinc finger family,C3H zinc finger family,MYB-related,NAC domain,AtSR,Aux/IAA,GeBP like及SET-domain8類轉(zhuǎn)錄因子家族只在低劑量輻射組發(fā)生表達改變,而TCP和CCAAT box binding factor family類轉(zhuǎn)錄因子家族只在高劑量輻射組發(fā)生表達改變。這些改變表現(xiàn)為低劑量相對高劑量主要抑制了轉(zhuǎn)錄因子對應(yīng)的能量代謝相關(guān)的基因的表達,而高劑量組通過提升脂類代謝相關(guān)的轉(zhuǎn)錄因子表達參與抗脅迫,說明高低劑量重離子輻射可能通過啟動不同的轉(zhuǎn)錄因子調(diào)節(jié)靶基因的表達變化,調(diào)控不同的應(yīng)答途徑響應(yīng)輻射脅迫;(5)高低劑量輻射處理水稻種子發(fā)育至三葉期時,DNA去甲基化的轉(zhuǎn)座子的鄰近基因的功能分析表明,低劑量輻射組中,DNA類型轉(zhuǎn)座子鄰近的下調(diào)表達基因參與蛋白磷酸化,LTR類型轉(zhuǎn)座子鄰近的下調(diào)表達基因參與氧化還原反應(yīng)及脅迫應(yīng)答等相關(guān)功能;而高劑量輻射組中,LTR類型轉(zhuǎn)座子鄰近的下調(diào)表達基因參與蛋白磷酸化、氧化還原反應(yīng)及轉(zhuǎn)錄調(diào)控等相關(guān)功能,上調(diào)表達基因參與脅迫應(yīng)答及轉(zhuǎn)錄調(diào)控等相關(guān)功能,DNA類型轉(zhuǎn)座子鄰近的上調(diào)表達基因參與氧化還原反應(yīng)等相關(guān)功能。說明高低劑量輻射處理水稻干種子發(fā)育到三葉期通過轉(zhuǎn)座子活躍參與了抗脅迫的調(diào)控,其中,低劑量處理組以下調(diào)為主,而高劑量處理組表現(xiàn)了更多的上調(diào)變化。
【圖文】：

中所特有的轉(zhuǎn)錄因子家族［８４］。研宄發(fā)現(xiàn)，植物轉(zhuǎn)錄因子參與調(diào)控植物的生長發(fā)育逡逑和次生代謝過程，，在植物的逆境脅迫應(yīng)答中也起著非常重要的作用［８５，８６］。有學(xué)者逡逑將現(xiàn)有轉(zhuǎn)錄因子為基準的非生物脅迫信號轉(zhuǎn)導(dǎo)的調(diào)節(jié)網(wǎng)絡(luò)圖進行了繪制如圖１．１逡逑所示［８４，８７，８８１隨著對轉(zhuǎn)錄因子研宄的不斷深入，該網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)會更加完善。逡逑Ｗａｔｅｒ邋ｓｔｒｅｓｓ邋ａｎｄ邐Ｌｏｗ邋ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ逡逑Ｓｉｇｎａｌ邋ｒｅｅｅｐｔ邐＾邋Ｊ邐｜逡逑ｊ邋Ｏｓｍｏｔｉｃ邋ａｄｊｕｓｔｍｅｎｔ邋Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ邋ｃｈａｎｇｅ逡逑Ｓｉｇｎａｌ邋ｔｒａｎｓｄｕｃｔｉｏｎｈｏｓ５邐＾ｄａｘ／ｉ逡逑｛邐１＼邋ｉ邐＿逡逑Ｔｒａｎｓｃｒｉｐｔｉｏｎ邋ｆａｃｔＯＦ—邋？邋ＮＡＣ邋ｍｙｂ邋ｂＺ）Ｐ邋ＤＲ＾Ｂ２邋ＤＲＥＷ／ＧＢＦ逡逑｜ａ邋Ｊ邋ｂｌ邐ＺＡＴ１２逡逑Ｃｌｓ＾ｌｅｍｅｎｔ邐邐邋？邋ＮＡＣＲＳ邋ｍｙｂＲ邋ＡＢＲＥ邋ＤＲＥＯ？Ｔ邐９逡逑１邐，＼廠邋１邋了，逡逑Ｇｅｎｅ邋ｅｘｐｒｅｓｓｉｏｎ—＊邐｜邋ｅｒｄ１邋＾ｄ２２￣￣ｒｄ２９邋ｃｏｒ６邋ｋｉｎｌ逡逑１逡逑Ｓｔｒｅｓｓ邋ｒｅｓｐｏｎｓｅ邋ａｎｄ邋ｓｔｒｅｓｓ邋ｔｏｌｅｒａｎｃｅ逡逑圖１．１非生物逆境下植物的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑逡逑Ｆｉｇ．邋１．１邋Ｓｉｇｎａｌ邋ｐａｔｈｗａｙｓ邋ｉｎ邋ｐｌａｎｔ邋ｒｅｓｐｏｎｓｅ邋ｔｏ邋ａｂｉｏｔｉｃ邋ｓｔｒｅｓｓｅｓ逡逑轉(zhuǎn)錄因子與ＤＮＡ甲基化之間相互影響。首先，轉(zhuǎn)錄因子作為一段正常的ＤＮＡ逡逑序列，其甲基化狀態(tài)的變化也會引起對應(yīng)的基因表達的差異，從而影響其下游靶逡逑基因的表達改變；此外

圖１．２本課題研宄路線逡逑Ｆｉｇ．邋１．２邋Ｔｈｅ邋ｒｅｓｅａｒｃｈ邋ｐｒｏｃｅｓｓ邋ｏｆ邋ｔｈｉｓ邋ｐａｐｅｒ逡逑
【學(xué)位授予單位】：大連海事大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：S511

【參考文獻】

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本文編號：2683903