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自孟德尔时代起,DNA序列差异所形成的遗传变异被广泛研究并应用于育种。非DNA序列变异,如DNA甲基化、组蛋白修饰等亦可改变生物性状,包括重要农艺性状如株高、花期、抗性、产量等,并可稳定遗传。DNA甲基化作为一种重要的表观遗传修饰,存在于许多高等动植物中,在基因的表达调控、细胞分化、基因组印记以及系统发育中起着重要的调控作用。然而,已有研究多关注于品种遗传改良,亲本间DNA甲基化多态性、遗传稳定性与生物学功能等基本科学问题还不明确。在本实验中,选取62份水稻样品,包括恢复系和保持系亲本20份(分两个地域种植收种,共40份样品),不育系1份,杂种1份及其分离群体20份,采用改良AFLP方法(MSAP),分析甲基化修饰在亲本间的多态性、在自交后代中的遗传稳定性,同时分析环境和细胞质对核基因组DNA甲基化的影响。旨在为DNA甲基化修饰应用于杂交稻育种奠定理论依据,从DNA甲基化表观遗传学角度为育种选择开拓新思路。结果如下:
一、杂交稻亲本的甲基化多态性。海南收获的20个亲本样品用46对引物检测出1842个甲基化位点,数据显示亲本间甲基化多态性位点达43.38％,单态性位点达56.62％,表明本实验选择的水稻材料甲基化多态性位点丰富,具有很好的代表性;同时对甲基化位点进行聚类分析,获得的聚类图谱能直观的显示出亲本样品之间的甲基化遗传距离,并与系谱分析能很好的吻合。
二、甲基化位点的遗传稳定性及环境对甲基化类型的影响。用4对引物对武汉与淘南收获的40个样品检测出148个甲基化位点,分析表明亲本甲基化在武汉与海南间的不变类型达77.6％,在两地间的变化类型为22.4％,显示亲本自交后代甲基化位点大部分是可稳定遗传的,但环境差异对亲本甲基化类型具有较大影响。与武汉样品相比,海南样品的甲基化程度下降条带多于上升条带,说明环境差异对品种的甲基化类型有一定影响;环境变化引起了甲基化修饰的改变,进而发生植株性状的改变。
三、亲本与杂交后代甲基化多态性分析。用6对引物对杂交稻亲本与子一代、子二代共23个样品检测出257个甲基化位点,数据分析表明亲本与子一代之间甲基化单态性位点占多数,子一代与子二代之间甲基化位点也类似。选择亲本问有差异的位点来分析其在后代间的遗传性,结果表明亲本的特异性位点可以遗传给子一代及其后代,但仍需进一步实验来验证甲基化位点的遗传性。
四、细胞质对核基因组DNA甲基化类型的影响。选取保持系金科1B与不育系金科1A2个样品,用27对引物检测出884个甲基化位点,分析表明二者存在差异的甲基化类型仅占类型总数的8.03％,说明细胞质差异对甲基化类型能够产生一定的影响。