黄瓜花叶病毒卫星RNA起源与2b蛋白影响基因组甲基化研究

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本文对黄瓜花叶病毒卫星RNA起源与2b蛋白影响基因组甲基化进行了研究。本研究分为两个部分:  第一部分工作是进行黄瓜花叶病毒Cucumber mosaic virus(CMV)卫星RNA(Satellite RNAs,satRNA)起源的研究。satRNA是一类非编码RNA病原体。在植物中,satRNA依赖于辅助病毒进行复制和侵染。经过多年研究,satRNAs的起源并未得到证实。我们通过融合Y株系CMV病毒satRNA(Y-Sat)和报告基因GUS进行转基因烟草(35S-GUS∶Sat)制备,与单独GUS转基因烟草(35S-GUS)相比,35S-GUS∶Sat的表达受到抑制。DNA甲基化测序表明,35S-GUS∶Sat转基因表达受抑制是由于Y-Sat序列特异性甲基化引起的。通过siRNA(small interfering RNA)杂交,在野生型烟草中检测到与Y-Sat同源的24 nt siRNAs,表明在35S-GUS∶Sat转基因烟草中,这些与Y-sat同源的24 nt siRNA,可能通过RNA诱导的DNA甲基化途径(RNAdirected DNA methylation,RdDM)介导Y-Sat甲基化,而抑制35S-GUS∶Sat的表达。同时,Southern杂交在烟草基因组检测到多条与Y-Sat同源的杂交带,说明烟草基因组存在着与Y-Sat同源片段。基因组sRNA(small RNA)高通量测序分析,进一步证明野生型烟草中存在与satRNA同源性很高的24 nt siRNAs;并且CMV侵染使这些siRNAs的积累量增加,14条siRNAs几乎完全匹配到Y-Sat的5-和3-端区域,进一步表明烟草基因组中存在与Y-Sat同源的长片段。我们的研究结果为CMV satRNA起源于宿主基因组提供了基因组水平的证据。  第二部分工作主要对CMV编码的沉默抑制子2b蛋白干扰DNA甲基化进行全基因组水平的探究。以前的研究发现,植物依赖24 nt siRNAs介导RdDM途径。最近研究发现21-22 nt siRNAs可能参与少数基因的甲基化调控。我们利用2b蛋白能够与不同长度的siRNAs和AGOs蛋白结合影响甲基化的特性,在全基因组水平将2b蛋白结合的siRNAs和2b转基因植物中与野生型相比甲基化发生变化的区域(differentially methylation regions,DMRs)进行比对,除了比对到大量已知的24 ntsiRNAs介导的RdDM的DMRs区域以外,一些DMRs只比对到2b蛋白结合的21-22nt siRNAs或者以21-22 nt为主的siRNAs。在野生型植物中这些DMRs区域本身积累较高的21-22 nt siRNAs,表明这些区域的甲基化可能受到21-22 nt siRNAs调控。这些区域包含转座子(Transposon elements,TEs)和编码基因区域。在2b转基因植物中,这些DMRs区域产生的21-22 nt siRNAs有所提高。转录组数据分析发现,2b转基因植物中这些编码基因区域甲基化的改变并没有影响其表达的改变,表明,在2b转基因植物中21-22 nt siRNAs的增加并不是由于这些区域甲基化水平降低改变表达量所造成的;而2b蛋白通过结合这些21-22 nt siRNAs和AGOs蛋白改变甲基化,表明这些21-22 nt siRNAs或可能直接介导RdDM途径,实现基因组特定区域的甲基化,或可能参与24 nt siRNAs介导的RdDM途径调控基因组甲基化。另外Southern杂交实验表明,2b降低基因组的甲基化可能导致基因组多拷贝数TEs的删除或移位。
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