蓖麻胚乳印迹基因的验证、特征及其关联基因的初步分析

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印迹基因是父母本等位基因在配子或合子发育阶段呈现不同程度表达的表观遗传现象;目前已在拟南芥、玉米和水稻基因组中发现100-300个印迹基因,主要存在于胚乳中,参与胚乳和种子的发育过程。蓖麻是典型的双子叶胚乳型植物,具有重要的能源及化工运用价值。本研究以蓖麻ZB107和ZB306两个品系作为研究材料,利用两个亲本间的SNP作为分子标记,从杂交胚乳中鉴定了8个印迹基因,包括6个偏母表达的基因(MEGs)和2个偏父表达的基因(PEGs),RT-PCR和DGE检测进一步验证了这些印迹基因具有胚乳偏爱表达的特点,且在胚乳发育过程中表现出动态的过程,2个MEGs基因具有组合依赖性。功能预测发现这些印迹基因主要参与代谢过程,可能与次阶段胚乳的发育有关。本研究首次在蓖麻胚乳中分离和鉴定印迹基因,为印迹在胚乳发育过程中的功能分析提供了基础。  目前研究发现,DNA甲基化是印迹基因表达的主要调控因素;而DME糖基化酶在中央细胞的特异表达,特异的去除DNA上甲基化,是印迹基因表达的首要条件。为揭示DNA糖基化酶在调节蓖麻生长发育和影响基因印迹过程中的分子机理,本研究基于蓖麻全基因组、利用生物信息学的方法结合转录组数据和RT-PCR半定量表达分析,全面鉴别、调查了蓖麻DNA糖基化酶氨基酸序列的结构特征、系统发生、及在不同组织(根、茎、叶、雌花和雄花、胚和胚乳)间的表达规律。结果显示:三种(DME、ROS和DML)鉴别到的DNA糖基化酶氨基酸都具有典型的与DNA结合和碱基切除修复有关的保守结构域;系统发生上三种DNA糖基化酶在植物中同源性强,且是独立演化的结果;在不同组织的表达上,蓖麻的DME和ROS基因具有相似的表达式样,即在根、茎和叶中不表达,在胚乳中表达最高,而DML在各个组织中都未检测到基因的表达。这个研究为理解蓖麻基因组去甲基化发生的规律提供了参考依据。  除了DNA甲基化对印迹基因表达的调控作用,PcG蛋白介导的组蛋白甲基化(H3K37me3)也能够通过对染色体结构的重塑来调控印迹基因的表达。本研究通过同源序列比对,获得了蓖麻的5个PcG蛋白基因,并调查了其氨基酸序列结构特征、系统发生、及在不同组织(根、茎、叶、雌花和雄花、胚和胚乳)间的表达规律,对具有SNP位点的RcEMF2基因鉴定了其印迹状态。结果显示:从系统进化分析来看,蓖麻组缺乏MEA和FIS2基因的同源物,不能形成调控印迹基因表达的FIS复合体,CLF同源基因RcEz1、SWN基因同源RcEz2、与RcEMF和RcFIE形成EMF复合体;从同源序列氨基酸比对结构域来看,RcEz1缺少功能域EZD1、EZD2和SAT,RcFIE缺少W3功能结构域,RcEz2、RcEMF1和RcEMF2功能域保守性高;从RT-PCR的结果,5个PcG蛋白基因没有胚乳偏爱表达的特点;SNP鉴定印迹基因结果RcEMF2没有表现出印迹模式。综上所述,通过序列同源性分析发现蓖麻PcG蛋白复合物可能没有参与调控胚乳印迹基因表达。
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