水稻光温敏不育系武香S表观遗传学初步研究

发布时间：2018-12-08 15:11

【摘要】：武香S是本实验室培育成的一种新型无花粉型的光温敏核不育系水稻,其具有不育起点温度低、高配合力和形态学标记等特点。本研究以武香S(WXS)为材料,首先对其不育位点、细胞学和光温处理表型进行检测和观察；接着,利用MSAP和cDNA-AFLP以及高通测序方法对其表观遗传调控机制进行了初步研究。主要研究结果如下：1、通过MSAP和cDNA-AFLP两种分子生物学技术,研究了武香S在育性转换期基因组DNA甲基化谱和转录本变化。结果表明：在幼穗和叶片中,分别检测到2561和2570个CCGG位点,同时也分别检测出1630和1409个转录本片段。相对于不育株武香S(S, Sterility, WXS-S),在可育株(F, Fertility, WXS-F)的幼穗和叶片中,甲基化水平分别下降了0.24%和0.16%,转录本水平分别提高了0.53%和1.44%。表现出甲基化总体水平与转录水平呈负相关。分别从11类甲基化/去甲基化类型中选取了28个差异片段,从15类转录本变化类型中选取了23个差异片段,经克隆测序和基因注释、GO分析富集分析显示这些基因多为环境胁迫相关基因。选取了8个具有代表性的差异片段进行qPCR验证,结果也表明甲基化片段甲基化状态与基因表达水平呈负相关,而转录本片段出现或者缺失与其表达水平呈正相关,说明这些功能基因可能在光温育性转换中具有重要的功能。2、利用高通测序的技术比较分析了武香S在不育条件和可育条件下幼穗的miRNA的表达差异,在WXS-S和WXS-F中共发现72个miRNA存在差异表达。其中,SP2-FP2组中有55个差异表达的小RNA,SP3-FP3组中有51个差异表达的小RNA,合并分析有26个miRNA在两组中均表现出了差异,其中11个已知microRNA在不育系中均表现为显著差异下调表达,15个在不育系中均表现为显著差异上调表达。差异表达miRNA的靶标包含了核糖体失活蛋白、抗病蛋白、MYB家族蛋白、转座子、反转座子以及锌指蛋白等。研究表明miRNA 广泛地参与包括信号传导、发育调节、胁迫应答和组成细胞学组成成分等生物学过程。此外,还发现在育性转换过程中存在这大量的miRNA编辑事件,编辑主要发生在miRNA的11位和18位上,5’端的1-3位和miRNA核心保守区域8-10位未发现编辑,这说明miRNA编辑在维持miRNA功能稳定的同时也丰富了其调控方式的多样性。3. lncRNA转录组测序初步研究表明：93%的lncRNA起源于基因组基因间区和反义链上,在染色体体上均匀分布,其中有2/3的lncRNA其长度分布在200-1000bp范围,同时,lncRNA表现出组织和发育阶段特异表达的特性；表达量水平密度分析显示,lncRNA与mRNA具有相近的表达水平；差异表达分析显示,花粉母细胞形成期WXS-F有1596条lncRNAs发生上调表达,1053条lncRNAs下调表达；减数分裂时期WXS-F有1195条lncRNAs发生上调表达,334条下调表达；lncRNA伪靶标预测显示,有238个lncRNA可作为miRNA的内源伪靶标；miRNA的合成前体的预测表明,有22个高度信任的lncRNA可作为26个成熟体]miRNA合成前体；lncRNA与mRNA共表达分析表明,1873条差异表达的lncRNA对应的顺式调控(Cis-regulaiton)靶标有10739条,反式调控(Trans-regultion)靶标有1100条；从显著性GO通路中,共筛选到了32个候选lncRNA可能参与了花粉发育相关通路的调节。4、在MSAP-seq方法建立过程中,选用了EcoRI/MspⅠ和EcoRI/HapⅡ两种酶切组合对样本进行DNA酶切,并设计兼容Illumina二代测序仪的引物进行接头连接和混样PCR。MSAP-seq分析结果显示,本研究设计的建库方法适合进行高通量测序,数据的质量、插入片段长度和测序深度也适合进行后续的生物信息学分析。以水稻9311和武香S幼穗样本为例,数据经过标准化处理后,共产生14304个可供分析的胞嘧啶甲基化状态位点。C位点状态模式比较分析,共筛选到142个与光温育性相关的甲基化C位点,利用Annovar软件将性状相关的差异甲基化位点定位到具体的基因区域或最近基因,总共关联到40个基因。
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【学位授予单位】：武汉大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：S511

【参考文献】