玉米節(jié)間伸長(zhǎng)過程中相關(guān)基因甲基化及表達(dá)分析.pdf

1、表觀遺傳修飾是一種DNA序列不發(fā)生變化的情況下，通過對(duì)DNA或組蛋白的修飾調(diào)節(jié)性狀表現(xiàn)的一種可遺傳的現(xiàn)象，表觀遺傳修飾參與基因的表達(dá)調(diào)控。其中DNA甲基化作為表觀遺傳的重要修飾方式之一，在植物生長(zhǎng)發(fā)育、基因組印記和對(duì)逆境脅迫的應(yīng)答等方面發(fā)揮重要作用。本試驗(yàn)針對(duì)玉米B73拔節(jié)這一伴隨著急劇的形態(tài)和生理改變的發(fā)育時(shí)期，對(duì)未伸長(zhǎng)節(jié)間(BE)和伸長(zhǎng)節(jié)間(AE1)進(jìn)行細(xì)胞學(xué)觀察，選擇未伸長(zhǎng)和伸長(zhǎng)中兩個(gè)節(jié)間組織材料進(jìn)行DNA甲基化和基因表達(dá)分析。采

2、用甲基化免疫共沉淀(Me-DIP)技術(shù)全基因組分析DNA甲基化狀態(tài)和兩個(gè)供試組織間的DNA甲基化差異，利用亞硫酸鹽測(cè)序技術(shù)對(duì)部分甲基化差異區(qū)域進(jìn)行精細(xì)分析;利用RNA-seq技術(shù)分析各組織材料中的基因表達(dá)，采用RT-PCR和QPCR方法進(jìn)一步分析DNA甲基化差異基因的表達(dá)水平;結(jié)合DNA甲基化與基因表達(dá)數(shù)據(jù)解析可能影響玉米節(jié)間伸長(zhǎng)的甲基化調(diào)控模型。主要研究結(jié)果如下:
　　1.細(xì)胞形態(tài)學(xué)觀察表明，未伸長(zhǎng)的節(jié)間細(xì)胞長(zhǎng)約40μm，伸長(zhǎng)中

3、節(jié)間(AE1)約120μm，供試的兩份玉米節(jié)間組織的細(xì)胞長(zhǎng)度差異顯著(p=1.1e-18)，說明節(jié)間細(xì)胞伸長(zhǎng)是影響玉米節(jié)間組織伸長(zhǎng)的一個(gè)主要原因，也說明BE和AE1適合本試驗(yàn)甲基化與基因表達(dá)的分析。
　　2.Me-DIP結(jié)果分析發(fā)現(xiàn)基因區(qū)甲基化要高于啟動(dòng)子;在基因區(qū)內(nèi)含子甲基化水平最高。在BE和AE1節(jié)間細(xì)胞間共檢測(cè)到2597個(gè)甲基化差異基因（differentiallymethylatedgenes，DMGs）。這些DMGs主要

4、參與到了植物激素與信號(hào)傳導(dǎo)相關(guān)代謝通路。例如，在伸長(zhǎng)的節(jié)間細(xì)胞中，3-甲基吲哚乙酸通路相關(guān)基因的啟動(dòng)子發(fā)生了明顯的去甲基化，而乙烯生物合成通路相關(guān)基因啟動(dòng)子甲基化水平明顯升高。
　　3.對(duì)36個(gè)DMGs亞硫酸鹽測(cè)序(BSP)發(fā)現(xiàn)，11個(gè)DMGs在拔節(jié)前后基因甲基化整體水平發(fā)生顯著改變(p＜0.05)。DMGs中主要的甲基化差異類型為CHH(50％)，其次是CHG(28.6％)，CG改變最低，為21.4％。
　　4.RNA-s

5、eq揭示，在BE和AE1細(xì)胞間，1246個(gè)基因的表達(dá)具有顯著差異(p＜0.05)，僅96個(gè)DEGs與DMGs重疊。這些差異表達(dá)基因中，只有約3.7％(96/2596)的基因表達(dá)受甲基化改變的顯著調(diào)控。RT-PCR和QPCR分析表明，被檢測(cè)基因在不同節(jié)間伸長(zhǎng)階段表達(dá)水平各不相同，但在節(jié)間組織快速生長(zhǎng)的AE1階段，絕大部分的候選基因表達(dá)水平高，而到玉米節(jié)間伸長(zhǎng)中后期，基因表達(dá)下降并趨于穩(wěn)定。結(jié)合DNA甲基化和基因表達(dá)結(jié)果表明，啟動(dòng)子區(qū)的甲基

6、化對(duì)基因表達(dá)的抑制作用更為明顯。
　　5.生物信息學(xué)分析發(fā)現(xiàn)，BE節(jié)間組織中部分甲基化基因直接參與細(xì)胞的形成與分裂，而大多數(shù)基因參與細(xì)胞信號(hào)傳導(dǎo)（磷酸化等）和代謝（糖合成代謝等）的轉(zhuǎn)錄調(diào)控。隨著節(jié)間細(xì)胞的伸長(zhǎng)(AE1)，參與細(xì)胞合成和細(xì)胞代謝以及信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)等途徑基因減少，更多的基因參與到植物體內(nèi)的氧化還原代謝。這說明隨著玉米節(jié)間組織的伸長(zhǎng)，一部分屬于細(xì)胞組成的基因通過發(fā)生選擇性的去甲基化修飾，并利用BE時(shí)期積累的物質(zhì)和能量進(jìn)行細(xì)胞增