玉米茎节伸长过程的DNA甲基化分析及基因初步定位

摘要

玉米育种中,适宜的株高和穗位是衡量优良品种的重要标志,不仅影响玉米产量、抗倒伏性及生态适应性,而且对作物光合等重要的生理过程也有很大影响。近年来,为增加玉米单位面积的种植密度和提高抗倒伏性,玉米株高遗传机制的研究重新受到遗传学家和育种家的高度关注,研究株高和穗位高的遗传规律,有针对性地制定育种方案,对玉米育种具有重要现实意义。
　　 节间是作物最重要的性状之一,玉米节间的伸长与株高的形成有密切的关系,同时还对穗位高、叶面积的垂直分布、雌穗的发育等产生重要的影响。了解茎节伸长过程的遗传调节对认识株高形成的遗传基础有十分重要的理论意义。
　　 本研究以国审玉米品种农单5号的亲本之一农系531(NX531)为主要研究材料,采用DNA甲基化免疫共沉淀结合高通量测序技术(MeDIP-Seq)和甲基化敏感扩增多态性(MSAP)技术对茎节伸长过程进行DNA甲基化分析,并采用SSR分子标记进行株高和穗位高基因初步定位。以期从两个层面阐明玉米茎节伸长过程中的表观遗传学调控及玉米株高和穗位高的遗传调控。主要结果如下:
　　 1、MeDIP-Seq技术对玉米自交系拔节前后的DNA甲基化分析显示,分布在高度重复反转座子区域、基因内和基因间甲基化序列为82.02％、9.94%、8.04%。玉米自交系NX531拔节前后分别存在编码区甲基化的基因383、513个和启动子区甲基化的基因299、198个。
　　 2、差异甲基化基因的注释和分类发现,甲基化基因主要涉及植物激素信号转导、转录因子、细胞分裂和伸长、激酶及磷酸酶、光合作用、离子转运、转录调控等生物学途径,还涉及与甲基转移酶、乙酰基转移酶、泛素.蛋白酶体通路相关的基因。
　　 3、MSAP技术对NX531和M-NX531茎节伸长过程的DNA甲基化分析发现,玉米基因组的甲基化水平为34.9%-39.5%,不同自交系间相同时期及相同自交系间不同时期的DNA甲基化水平均不相同。全基因组的甲基化水平随植物的生长发育进程而提高。
　　 4、选取发生去甲基化的29条片段进行克隆测序,片段大小为100-300bp之间,同源性分析表明,去甲基化位点多发生在功能未知的启动子区域和EST序列、还涉及到与植株生长发育相关的转录因子家族。M6的同源序列为已经公布的胚乳特异性去甲基化片段,验证了甲基化片段克隆测序的正确性。
　　 5、利用F2分离群体对株高和穗位高进行初步基因定位,检测到株高OTL1个,解释表型变异率4.49%,穗位高QTL3个,解释表型变异率6.27%-7.06%。初步定位到的这些QTL的为进一步研究提供了参考价值