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马铃薯(Solanum tuberosum L.)是一种重要的粮食作物和经济作物。马铃薯脱毒种薯生产需要培养试管薯。马铃薯试管结薯能力主要受环境因素、内源激素水平和遗传因子的影响。DNA甲基化是一种表观遗传修饰方式,在植物的生长发育过程中发挥着重要的作用。DNA甲基化具有可塑性和可遗传的特点,马铃薯基因组DNA甲基化模式和水平会随着环境变化而发生改变。DNA甲基化抑制剂处理能对马铃薯开花、休眠等生长发育过程造成影响,但DNA甲基化对于马铃薯的块茎形成的影响尚无报道。本研究使用甲基化抑制剂处理马铃薯试管苗并观察了结薯表型,对不同光周期下马铃薯试管苗的基因组DNA甲基化模式进行分析,并在全基因组上筛选了与光周期结薯有关的DNA甲基化位点,获得不同光周期下马铃薯全基因组DNA甲基化的基本特征,筛选出了与光周期诱导结薯有关的差异甲基化基因,在此基础上提出光周期诱导马铃薯块茎形成的表观遗传修饰的可能机理。主要研究结果如下:1.甲基化抑制剂处理能使马铃薯的初始结薯时间提前并能使试管苗的结薯率升高。甲基化抑制试剂Zebularine(Zeb)处理E20、E26、E108和鄂3四种基因型材料的试管苗并对各自在短日照(8h/d)和长日照(16h/d)光周期下结薯表型进行检测的结果表明,仅在短日照光周期下结薯的基因型材料E26和鄂3,经甲基化抑制处理,其短日照光周期下初始结薯时间显著缩短。另外,基因型材料E26、鄂3和长日照、短日照光周期均结薯的材料E108经甲基化抑制剂处理后均表现为结薯率升高;长日照、短日照光周期均不结薯的材料E20经甲基化抑制处理后表现依然是不结薯。2.马铃薯基因组DNA甲基化对光周期的响应模式。利用MSAP技术对光周期诱导马铃薯试管薯块茎形成过程的基因组甲基化模式和水平进行了连续5周的检测。结果显示,在短日照光周期下马铃薯基因组的整体DNA甲基化水平会在第2周至第3周响应光周期改变而发生先升后降的变化,这种变化在第1周至第2周表现最明显。第1周至第5周的整体情况显示,三个基因型材料的基因组DNA甲基化水平均表现为降低趋势。3.马铃薯光周期结薯表型不同的材料基因组DNA甲基化位点分布和整体水平存在差异。利用Methyl RAD技术对光周期结薯表型不同的三个同亲本杂交F1代材料E20、E26、E108长日照和短日照光周期的样品进行全基因组DNA甲基化测序分析,获得了长日照和短日照光周期下三个基因型材料全基因组DNA甲基化位点分布数据。对长日照和短日照光周期E20、E26、E108三个基因型材料的基因组DNA甲基化位点进行了比较,结果显示在短日照条件下三个基因型之间的差异大于同一个基因型在长日照和短日照光周期下的差异;三个材料中长日照和短日照周期均结薯的材料E108在长日照光周期和短日照光周期下基因组甲基化率均为最低,分别为22.06%和17.96%。4.响应光周期的DNA甲基化位点在马铃薯光周期敏感材料中存在很大差异。进一步分析三个光周期敏感性不同的材料在光周期处理前后的差异甲基化位点,结果显示E20发生甲基化程度降低的位点数(3387)多于升高的位点数(1608);E26发生甲基化程度降低的位点数(1492)约等于升高的位点数(1424);E108中CG位点甲基化程度降低的位点数(1896)少于升高的位点数(2884),此结果说明三个基因型在光周期下存在各自不同的的基因组DNA甲基化修饰过程。进一步对三个基因型在光周期处理前后的差异甲基化位点进行分析,得到共同的CG位点数为14个,共同的CHG位点数为10个,说明三个基因型响应光周期的DNA甲基化修饰过程存在很大差异。5.筛选了与光周期调控马铃薯块茎形成有关且受DNA甲基化调控的基因。进一步比较了三个基因型材料在响应光周期过程中存在基因区域甲基化水平差异的基因,筛选出三个基因型材料各自的差异甲基化基因,通过排除E26中与E20和E108共有的差异甲基化基因,得到与光周期结薯有关的差异甲基化基因439个,进一步进行GO和KEGG富集分析,从E26中富集到与光周期结薯有重要关系的昼夜周期节律途径,进而筛选到光周期下受DNA甲基化修饰的7个基因。再通过检测短日照条件下甲基化抑制试剂处理对这些基因表达的影响,筛选到3个受DNA甲基化调控且与光周期调控马铃薯块茎形成有关的基因:Phytochrome＿F(PGSC0003DMG400017396)、Casein kinase(PGSC0003DMG400032142)和DNAdirected RNA polymerase III(PGSC0003DMG402023468)。结合基因的甲基化岛(CGIs)分析以及光周期调控结薯的分子代谢途径,提出了光周期下,表观遗传修饰调控马铃薯块茎形成的的可能机制。本研究明确了DNA甲基化处理对马铃薯试管薯结薯表型的影响,将Methyl RAD技术应用于马铃薯全基因组甲基化测序分析并获得了三个光周期结薯表型不同的材料全基因组DNA甲基化位点信息,并筛选出了光周期诱导结薯有关的DNA甲基化修饰基因。通过分析这些基因在处理前后的DNA甲基化情况和相对表达情况,给出了马铃薯基因组甲基化响应光周期变化的模式。本研究的结果丰富了马铃薯块茎形成的表观遗传修饰理论,揭示了马铃薯块茎形成过程中可能存在的表观遗传修饰基因,提供了表观遗传学的视角去认识和理解马铃薯块茎形成的机理。