重金属镉胁迫下入侵植物黄顶菊表观遗传变异特征
发布时间：2021-11-11 13:09
为探究入侵植物黄顶菊在重金属镉（Cd）胁迫下耐受性获得的表观遗传机制,本研究通过网室盆栽试验模拟不同浓度Cd污染生境,采用甲基化敏感扩增多态性（MSAP）技术对不同Cd浓度胁迫[0（CK）、2（Cd-1）、4（Cd-2）和8（Cd-3） mg·kg-1]处理植物叶片基因组DNA甲基化变异特征进行分析。结果表明,15对引物共扩增出726条甲基化条带,且引物多态性百分比为84.75%;随着Cd胁迫浓度的升高,黄顶菊叶片全甲基化和整体甲基化发生比例呈逐渐增加的趋势,Cd-1、Cd-2和Cd-3的全甲基化发生比例分别为CK的1.51、1.95和2.11倍,整体甲基化发生比例分别较CK升高了39.28、53.30和63.97个百分点;不同处理下叶片甲基化状态变化分析结果表明,Cd胁迫下黄顶菊基因组DNA重新甲基化和去甲基化2种甲基化模式均有发生,但以重新甲基化类型为主要变化模式;Cd胁迫下植物表型可塑性与表观遗传相关性分析结果表明,DNA全甲基化和整体甲基化水平与黄顶菊生长指标及地上部耐受性指数的表型可塑性呈显著负相关,与抗氧化酶活性、各组织Cd含量及富集与转移系数呈显著正...
【文章来源】：核农学报. 2020,34(06)北大核心CSCD
【文章页数】：9 页
【部分图文】：
引物EaHM13对Cd处理下黄顶菊叶片DNA
由图3可知,黄顶菊叶片半甲基化、全甲基化和整体甲基化的发生比例均随着Cd胁迫浓度的增加呈逐渐增加的趋势。其中各处理间半甲基化的发生比例差异不显著;Cd胁迫处理的全甲基化发生比例均显著高于CK,Cd-1、Cd-2和Cd-3全甲基化发生比例分别为CK的1.51、1.95和2.11倍;Cd胁迫处理下整体甲基化发生比例也均明显高于CK,Cd-1、Cd-2和Cd-3处理组整体甲基化发生比例分别为37.52%、41.30和44.17%,分别较CK升高了39.28、53.30和63.97个百分点,其中Cd-2和Cd-3处理组整体甲基化发生比例显著高于CK。图2 引物EaHM13对Cd处理下黄顶菊叶片DNA
2.5 黄顶菊各指标表型可塑性指数与表观遗传的相关性分析黄顶菊各指标表型可塑性指数的数据来源于前期试验研究(未公布)。由于表观遗传变异是表型可塑性和适应性反应发生的重要分子基础,故进一步将黄顶菊各指标表型可塑性指数与甲基化水平做相关性分析。由表6可知,黄顶菊叶片DNA全甲基化水平与总生物量和地上部耐受性指数呈显著负相关(P<0.05),与超氧化物歧化酶(superoxide dismutase,SOD)活性、过氧化物酶(peroxidase,POD)活性、过氧化氢酶(catalase,CAT)活性、丙二醛(malondialdehyde,MDA)含量、根组织Cd含量、茎组织Cd含量、叶组织Cd含量、地上部富集系数、根部富集系数及转移系数呈极显著正相关(P<0.01);黄顶菊叶片整体甲基化水平与根长、总生物量及地上部耐受性指数呈显著负相关(P<0.05),与地上部富集系数呈显著正相关(P<0.05),与SOD活性、POD活性、CAT活性、MDA含量、根组织Cd含量、茎组织Cd含量、叶组织Cd含量、根部富集系数及转移系数呈极显著正相关(P<0.01)。上述结果表明,黄顶菊在生长发育过程中,主要发生 5′-CCGG-3′胞嘧啶内侧全甲基化和5′-CCGG-3′胞嘧啶内侧外侧全甲基化2种变异,即DNA全甲基化和整体甲基化水平升高,以增强Cd胁迫下保护酶系统的表型可塑性及各组织对Cd的富集与转移能力,从而提高其耐受性;DNA全甲基化和整体甲基化水平升高的同时可能抑制某些与植物生长发育相关基因的表达,导致其生物量与地上部耐受性降低。
本文编号：3488914
【文章来源】：核农学报. 2020,34(06)北大核心CSCD
【文章页数】：9 页
【部分图文】：
引物EaHM13对Cd处理下黄顶菊叶片DNA
由图3可知,黄顶菊叶片半甲基化、全甲基化和整体甲基化的发生比例均随着Cd胁迫浓度的增加呈逐渐增加的趋势。其中各处理间半甲基化的发生比例差异不显著;Cd胁迫处理的全甲基化发生比例均显著高于CK,Cd-1、Cd-2和Cd-3全甲基化发生比例分别为CK的1.51、1.95和2.11倍;Cd胁迫处理下整体甲基化发生比例也均明显高于CK,Cd-1、Cd-2和Cd-3处理组整体甲基化发生比例分别为37.52%、41.30和44.17%,分别较CK升高了39.28、53.30和63.97个百分点,其中Cd-2和Cd-3处理组整体甲基化发生比例显著高于CK。图2 引物EaHM13对Cd处理下黄顶菊叶片DNA
2.5 黄顶菊各指标表型可塑性指数与表观遗传的相关性分析黄顶菊各指标表型可塑性指数的数据来源于前期试验研究(未公布)。由于表观遗传变异是表型可塑性和适应性反应发生的重要分子基础,故进一步将黄顶菊各指标表型可塑性指数与甲基化水平做相关性分析。由表6可知,黄顶菊叶片DNA全甲基化水平与总生物量和地上部耐受性指数呈显著负相关(P<0.05),与超氧化物歧化酶(superoxide dismutase,SOD)活性、过氧化物酶(peroxidase,POD)活性、过氧化氢酶(catalase,CAT)活性、丙二醛(malondialdehyde,MDA)含量、根组织Cd含量、茎组织Cd含量、叶组织Cd含量、地上部富集系数、根部富集系数及转移系数呈极显著正相关(P<0.01);黄顶菊叶片整体甲基化水平与根长、总生物量及地上部耐受性指数呈显著负相关(P<0.05),与地上部富集系数呈显著正相关(P<0.05),与SOD活性、POD活性、CAT活性、MDA含量、根组织Cd含量、茎组织Cd含量、叶组织Cd含量、根部富集系数及转移系数呈极显著正相关(P<0.01)。上述结果表明,黄顶菊在生长发育过程中,主要发生 5′-CCGG-3′胞嘧啶内侧全甲基化和5′-CCGG-3′胞嘧啶内侧外侧全甲基化2种变异,即DNA全甲基化和整体甲基化水平升高,以增强Cd胁迫下保护酶系统的表型可塑性及各组织对Cd的富集与转移能力,从而提高其耐受性;DNA全甲基化和整体甲基化水平升高的同时可能抑制某些与植物生长发育相关基因的表达,导致其生物量与地上部耐受性降低。
本文编号：3488914
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