春化对甜菜不育系及保持系DNA甲基化和蛋白表达影响的研究

发布时间：2020-04-28 12:40

【摘要】：甜菜(Beta vulgaris ssp.vulgaris)是一种二年生糖料作物,为了诱导抽薹(即茎的迅速伸长,然后开花),甜菜需要长期暴露于2℃-10℃之间的低温,这种现象称为春化。春化作用一方面可以加快甜菜的生育进程,另一方面过早抽薹又会降低甜菜和糖的产量。目前甜菜的开花机制尚未明晰,DNA甲基化作为一种重要的表观遗传修饰,对甜菜春化具有怎样的调控作用还待研究。春化是一个长期的过程,很多研究证明短期冷驯化和长期春化受到不同信号传导途径的控制,但两者在蛋白质水平上的差异还有待明确。因此,本实验研究了不同育性甜菜中春化相关基因BvFT1、BvFT2、BvCPSF73-Ia和BvCPSF73-Ib在不同温度处理条件下的甲基化程度和转录丰度情况以及不同冷持续时间条件下的甜菜差异表达蛋白,主要研究内容和结果如下:1.甜菜幼苗分别在8℃和25℃下进行春化和常温对照处理,春化母根分瓣后分别在8℃和25℃下进行春化和脱春化处理。利用Mass Array质谱平台检测春化相关基因的胞嘧啶甲基化。结果表明随着植株生长DNA甲基化状态发生动态变化,不同温度条件下DNA甲基化模式不同,低温春化和高温脱春化都会重塑植株体内的甲基化状态。不育系和保持系之间DNA甲基化状态有差异。在四个春化相关基因中有多个位点的甲基化水平呈多态性。2.采用和甲基化检测相同的材料利用荧光定量PCR技术进行基因表达量检测。在甜菜幼苗中BvFT1和BvFT2具有相反的表达趋势,证实了BvFT1对BvFT2的抑制作用,但在甜菜母根中不完全遵循这一趋势,说明除了BvFT1可能还有其他因素调控BvFT2基因表达。在甜菜幼苗中低温诱导BvCPSF73-Ia和BvCPSF73-Ib表达上调。在甜菜母根中,处理结束时BvCPSF73-1a基因在春化组中的表达量高于脱春化组,BvCPSF73-1b基因则相反,可能是由于CPSF73蛋白是植物发育所必需的。3.为进一步明确DNA甲基化对基因表达的影响,将甜菜春化相关基因整体和各个CG位点的甲基化水平与相对表达量逐一进行相关性分析,在幼苗中,相关性最强的是BvFT2基因-718位点处的DNA甲基化水平与基因表达量,呈正相关;在母根中,相关性最强的是BvFT1基因-1637位点处的DNA甲基化水平与基因表达量,同样呈正相关。4.将相同生长状态的甜菜幼苗在8℃条件下分别进行短期冷驯化和长期春化处理,利用iTRAQ技术进行蛋白质组分析,发现随着冷处理时间的延长,与低温处理前相比差异表达蛋白逐渐增多,并且不育系和保持系间差异蛋白数量也逐渐增多。在冷驯化条件下,不育系和保持系的差异表达蛋白主要与光合作用有关。在春化条件下,不育系和保持系的差异表达蛋白主要来源于核糖体和线粒体。冷驯化与春化相比,差异表达蛋白主要包括与光合作用、呼吸作用、生殖生长以及逆境胁迫有关的蛋白。在低温胁迫过程中,不育系和保持系间有多种甲基化酶表达存在显著差异。
【图文】：

图 1-1 拟南芥的开花时间调控[9]要作物的开花调控 所示，水稻的拟南芥 CO 同系物 HEADING DATE 1的转录来抑制长日照下的开花，但在短日照下它促进 FT-LIKE1（RFT1）的转录。HD3A 和 RFT1 促进开T 和 TSF。在长日照下 GHD7 是开花抑制剂，通E 1（EHD1）的转录发挥作用[13]。在短日照下 EHD拟南芥一样，水稻 GI 促进 HD1 的转录。目前水稻1 或 GHD7 转录中光与昼夜节律的一致性分别导致了这赋予了水稻对日照长度季节性变化的精确响应[14, 花。

图 1-1 拟南芥的开花时间调控[9]1.2.2 其他主要作物的开花调控如图 1-2A 所示，水稻的拟南芥 CO 同系物 HEADING DATE 1（HD1）通过抑制 HD3A 基因的转录来抑制长日照下的开花，但在短日照下它促进了 FT 同源基因HD3A 和 RICE FT-LIKE1（RFT1）的转录。HD3A 和 RFT1 促进开花，分别类似于拟南芥中的 FT 和 TSF。在长日照下 GHD7 是开花抑制剂，通过抑制 EARLYHEADING DATE 1（EHD1）的转录发挥作用[13]。在短日照下 EHD1 激活 HD3A 和RFT1 转录。和拟南芥一样，水稻 GI 促进 HD1 的转录。目前水稻的短日照开花模型表明，，EHD1 或 GHD7 转录中光与昼夜节律的一致性分别导致了 HD3A 转录的激活或抑制，这赋予了水稻对日照长度季节性变化的精确响应[14, 15]。水稻不需要春化来促进开花。
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：S566.3

【参考文献】

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本文编号：2643473