光周期调控马铃薯块茎形成的全基因组甲基化分析及甲基化修饰的差异基因筛选

发布时间：2022-02-19 20:15

　　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... 

【文章来源】：华中农业大学湖北省211工程院校教育部直属院校

【文章页数】：110 页

【学位级别】：博士

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摘要
Abstract
缩略词表
1 前言
    1.1 DNA甲基化研究背景
        1.1.1 DNA甲基化
        1.1.2 DNA甲基化调控基因表达
        1.1.3 DNA甲基化检测
    1.2 DNA甲基化与植物生长发育
        1.2.1 DNA甲基化调控生长发育
        1.2.2 DNA甲基化调控研究进展
    1.3 马铃薯DNA甲基化
    1.4 马铃薯块茎形成的调控机理
        1.4.1 马铃薯试管薯
        1.4.2 光周期诱导马铃薯试管薯形成的机理
    1.5 光周期诱导对植物DNA甲基化的影响研究进展
    1.6 本研究的意义
2 材料与方法
    2.1 实验材料
        2.1.1 植物材料
        2.1.2 植物生长条件
        2.1.3 引物
    2.2 实验方法
        2.2.1 甲基化抑制处理马铃薯试管苗
        2.2.2 DNA抽提
        2.2.3 RNA的抽提
        2.2.4 cDNA第一链的制备
        2.2.5 PCR和 qRT-PCR
        2.2.6 整体甲基化(5-m C)水平检测(ELISA)
        2.2.7 MSAP分析基因组DNA甲基化模式
        2.2.8 预测分析基因组甲基化位点及CpG岛
        2.2.9 Methyl RAD-seq甲基化差异基因分析
        2.2.10 数据分析
3 结果
    3.1 甲基化抑制处理对马铃薯块茎形成的影响
        3.1.1 甲基化抑制处理对马铃薯试管薯形成能力的影响
        3.1.2 整体DNA甲基化(5-mC)水平检测
        3.1.3 甲基化抑制处理对结薯相关基因StSP6A、StSP5G、StCO、StCDF1 表达的影响
    3.2 光周期下的马铃薯基因组甲基化水平和模式
    3.3 全基因组甲基化岛(CpGIs)预测分析
    3.4 全基因组甲基化位点测序分析
        3.4.1 MethylRAD测序及基因组DNA甲基化概况
        3.4.2 样品基因的甲基化模式
        3.4.3 全基因组甲基化水平和位点分布概况
        3.4.4 DNA甲基化在光周期敏感性材料之间存在巨大差异
    3.5 DNA甲基化修饰的光周期结薯基因的筛选
        3.5.1 全基因组差异甲基化位点筛选差异甲基化基因
        3.5.2 全基因组差异甲基化水平筛选差异甲基化基因
        3.5.3 差异甲基化基因的KEGG Pathway富集及GO分析
    3.6 差异甲基化基因的表达验证
        3.6.1 差异甲基化基因的表达量检测
        3.6.2 差异基因的甲基化状态以及相对表达量
4 讨论
    4.1 甲基化抑制处理影响光周期下试管薯块茎形成
    4.2 马铃薯基因组DNA甲基化与光周期响应
    4.3 MethyRAD在马铃薯DNA甲基化分析中的应用
    4.4 光周期下马铃薯基因组DNA甲基化位点分布状况
    4.5 马铃薯光周期块茎形成的差异甲基化基因
    4.6 光周期诱导块茎形成相关的甲基化调控机制
    4.7 论文创新点
参考文献
附录 A:基因组DNA甲基化位点分布概况
附录 B:E26 差异甲基化位点基因的GO和 KEGG结果
附录 C:光周期下全基因组甲基化位点分布圈图
附录 D:Patatin基因甲基化位点与相对表达量分布
附录 E:基因Phytochrome_F、Casein kinase和 DNA-directed RNA polymerase III表达水平变化
附录 F:光周期调控块茎形成过程中的DNA甲基化水平变化与基因表达水平变化之间的相关性
附录 G:文章中所用引物列表
博士期间的文章发表情况
致谢


【参考文献】：
期刊论文
[1]光周期诱导马铃薯块茎形成的分子机理研究进展[J]. 谢婷婷,柳俊.  中国农业科学. 2013(22)
[2]植物隐花色素结构与功能研究进展[J]. 朱春利,张桂荣,蔡爱军,杜金友.  基因组学与应用生物学. 2009(01)
[3]表型可塑性变异的生态-发育机制及其进化意义[J]. 高乐旋,陈家宽,杨继.  植物分类学报. 2008(04)
[4]表观遗传学的相关概念和研究进展[J]. 董玉玮,侯进慧,朱必才,李培青,庞永红.  生物学杂志. 2005(01)
[5]植物向光素[J]. 钱善勤,王忠,袁秋华,顾蕴洁.  植物生理学通讯. 2004(05)
[6]农杆菌介导的马铃薯试管薯遗传转化体系的优化及反义class Ⅰ patatin基因的导入（英文）[J]. 司怀军,谢从华,柳俊.  作物学报. 2003(06)
[7]马铃薯块茎发育机理及其基因表达[J]. 柳俊,谢从华.  植物学通报. 2001(05)

博士论文
[1]光诱导的马铃薯试管薯形成相关基因转录组分析[D]. 单建伟.华中农业大学 2013

硕士论文
[1]马铃薯薯形相关基因序列分析及光敏色素影响块茎形成初步研究[D]. 沈云龙.华中农业大学 2013



本文编号：3633546