甘蓝型油菜DNA甲基化差异位点的全基因组分布及与重要农艺性状之间的关系

摘要

DNA甲基化是基因组中广泛存在的一种可遗传的化学修饰，在基因表达调控、细胞分化、肿瘤发生、染色质变构、转座子失活、转基因沉默等生物过程中起着重要作用。模式植物拟南芥基因组DNA甲基化的研究已经非常深入，但在农作物尤其是甘蓝型油菜中的相关研究却很少。本研究用甲基化敏感的AFLP分子标记技术检测了两个甘蓝型油菜品种DNA甲基化差异位点在基因组上的分布情况，并初步分析了它们与重要农艺性状之间的关系。 采用AFLP技术获得了827个DNA甲基化特异的分子标记，用这些标记加密实验室已有的含599个标记的遗传连锁骨架图，得到了一张含有1106个标记的遗传连锁图。另外用所有的甲基化标记(507个)和转座子特异的标记(16个)在保持它们的遗传距离不变的情况下构建了一张表观遗传连锁图。 对各连锁群上甲基化差异位点的分布情况进行分析后发现，不仅各连锁群上检测到的甲基化差异位点的数目相差很大，而且其分布密度也不一样。甲基化差异位点最少的是C05连锁群，只检测到4个差异位点，最多的是A06连锁群，检测到52个差异位点。各连锁群上甲基化位点的平均分布密度的最高值达到了最低值的7倍。 把每条连锁群以10cM为单位分段计算甲基化位点的分布密度，发现同一连锁群的不同区段甲基化位点分布密度很不均匀，最高值达到了平均值的5倍。对A和C两个基因组对比后发现，A基因组各连锁群平均检测到的甲基化位点数目比C基因组多20％。但A基因组和C基因组的平均分布密度比较接近，分别是每100cM有18和19个位点。统计了连锁图上甲基化差异位点的亲本来源，总体上符合1:1的理论值，但是很多连锁群并不符合1:1。 通过甲基化位点与12个农艺性状之间的单标记分析发现，与各性状有极显著相关性的DNA甲基化位点的数目相差很大，品质性状受DNA甲基化影响最大，其次是生长发育性状，影响最小的是产量性状。

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1文献综述

1.1 DNA甲基化与表观遗传

1.2 DNA甲基化的发生机理

1.2.1植物基因组DNA的甲基化相关的甲基转移酶

1.2.2 DNA从头甲基化(denovo methylation)

1.2.3 DNA甲基化的维持

1.2.4 DNA的去甲基化反应

1.3 DNA甲基化的分布规律

1.3.1 DNA甲基化的三种状态

1.3.2 DNA甲基化在哺乳动物基因组中的分布

1.3.3 DNA甲基化在植物基因组中的分布

1.4 DNA甲基化模式的遗传

1.5 DNA甲基化的检测方法

1.5.1全基因组水平的甲基化检测

1.5.2特异位点的DNA甲基化检测

1.5.3新发展的DNA甲基化检测方法

1.5.4 DNA甲基化检测方法总结

1.6 DNA甲基化的功能

1.6.1参与基因组的防御

1.6.2 DNA甲基化与基因印迹

1.6.3 DNA甲基化与细胞分化

1.6.4 DNA甲基化与肿瘤

1.6.5 DNA甲基化与基因沉默

1.6.6 DNA甲基化调控基因表达的机理

1.7植物DNA甲基化研究

1.7.1 DNA甲基化与植物基因组印记

1.7.2 DNA甲基化与植物转座子的失活

1.7.3植物甲基化水平变化导致生长发育异常

1.7.4植物DNA甲基化与转基因沉默

1.7.5植物DNA甲基化调节内源基因的表达

1.7.6 DNA甲基化与杂种优势的关系

1.7.7植物DNA甲基化的全基因组解析

1.8本研究的目的和意义

2材料与方法

2.1实验材料

2.2 DNA的提取

2.3群体DNA的酶切及PCR扩增

2.4多态性引物对的筛选

2.5 MS-AFLP标记的获取

2.6连锁图的构建

2.7田间性状的获取

2.8甲基化与性状之间的单标记分析

3研究结果

3.1甲基化差异位点的检测

3.1.1多态性引物对的筛选

3.1.2 DNA甲基化差异位点检测及稳定性分析

3.2连锁图的构建

3.3表观遗传连锁图的构建

3.4甲基化差异位点在全基因组中的分布

3.4.1各连锁群甲基化差异位点的数目

3.4.2各连锁群甲基化差异位点的分布密度

3.4.3各连锁群甲基化差异位点与非甲基化位点的分布密度对比

3.4.4各连锁群内部不同区段甲基化差异位点的分布

3.4.5 A基因组和C基因组甲基化差异位点的分布比较

3.5检测到的甲基化差异位点在两亲本中的甲基化情况

3.6甲基化差异位点与农艺性状之间的关系

4讨论

4.1 DNA甲基化差异位点在甘蓝型油菜基因组中的分布

4.2 DNA甲基化差异位点与甘蓝型油菜重要农艺性状的关系

4.3本研究的意义及创新之处

4.4本研究的不足之处及建议

参考文献

附 录

致谢