激光辐射诱导水稻日本晴转座子mPing转座激活和可遗传DNA甲基化变异研究

摘要

外源胁迫主要包括生物胁迫和非生物胁迫两种，它能给予生命体强大的进化选择压力，生命体主要通过产生相应的抵抗、适应、逃避等机制来生存。植物无法逃避，主要是通过短期内细胞生理水平变化、基因调控、和基因组重组来应对各种胁迫。转座子是基因组中可以移动和扩展的元件，在基因组中常常高度重复，是真核生物基因组的重要组成部分。 近些年研究发现，在胁迫条件下植物通过细胞内siRNA量的变化以及DNA甲基化改变等表观遗传机制来影响转座子在植物基因组中的变化，进而导致基因组发生重组、基因表达发生变化。 mPing是近年来在水稻基因组中分离的一种活跃的MITE类转座子，它能在组织培养、γ射线等非生物胁迫条件下发生转座。本实验室通过激光辐射处理水稻栽培品种JL01-124证实，激光辐射能够诱导该水稻中的mPing发生跳出，基因组的甲基化发生改变。本文是在该实验的基础上，进一步采用模式生物日本晴实验得到的结论。本文发现，通过激光辐射处理水稻日本晴的糙米种胚，产生很多的表型变异单株。筛选当代的表型变异明显的单株，通过Southern杂交和特殊位点PCR方法检测变异单株及其自交后代M1和M2的转座子mPing和Pong的变化，同时检测了M1与日本晴杂交后代的变化。结果证明：激光辐射能够诱导水稻日本晴转座子mPing的跳出并插入新位点，并能通过减数分裂在M1、M2后代中稳定遗传；激光辐射同时还诱导了Pong的激活，也稳定传递给后代；M1与日本晴杂交的后代中mPing没有新的插入和跳出位点，后代与日本晴相同。 本文还对当代变异株及其后代的DNA甲基化的变异进行了Southern检测分析，发现大部分基因与转座子发生了CCGG位点甲基化变异并且能够稳定遗传给后代，少部分后代单株甲基化发生了回复突变，也有的单株发生了进一步的变异。

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引言

1.1转座子的分子生物学研究进展

1.1.1转座子及其结构特点

1.1.2 MITE类转座子的结构特点

1.2 DNA甲基化的分子生物学研究进展

1.2.1 DNA甲基化

1.2.2 DNA甲基化的生物学功能

1.3植物在胁迫条件下表观遗传修饰变化

1.4本研究的背景目的和意义

材料与方法

2.1实验材料

2.2实验方法

2.2.1植物材料的激光处理

2.2.2植物基因组DNA的提取与纯化

2.2.3 mPing插入位点PCR分析

2.2.4 Southern杂交分析

结果与分析

3.1激光处理水稻产生了表型变异

3.2激光诱导水稻日本晴mPing和Pong的转座激活

3.2.1日本晴M0、M1、M2的mping和Pong的转座激活的Southern杂交分析

3.2.2日本晴M0、M1、M2的mping的转座激活特异位点PCR分析

3.2.3.M1代与日本晴杂交Southern杂交分析

3.3激光处理引起了转座子及编码基因序列的可遗传的DNA甲基化变异

讨论

结论

参考文献

致谢

附表