胁迫引发的DNA甲基化在喜旱莲子草无性后代的继承性研究

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喜旱莲子草(Alternanthera philoxeroides),是具有丰富表型可塑性以及对生境胁迫具有极强的忍受力和抵抗力的入侵种,然而入侵到中国的喜旱莲子草遗传背景却非常单一。大量的证据表明,植物快速响应胁迫、产生表型变异、甚至可以把变异稳定遗传给后代,都与表观遗传机制具有紧密的联系。DNA甲基化是植物响应胁迫的重要的表观遗传修饰,与基因的表达和转录子的调控具有重要的联系。对喜旱莲子草而言,有研究表明在水陆生境中喜旱莲子草会产生快速的非随机的DNA甲基化修饰,并在喜早莲子草生长过程中表现出器官和发育的特异性,但对于喜旱莲子草胁迫引发的DNA甲基化的稳定性方面的研究却知之甚少。因此,本研究在同质园实验中选取喜旱莲子草昆明基因型与N26基因型两种基因型,对其第一代植株分别进行水淹,盐,水杨酸,茉莉酸胁迫处理,并通过根段和茎段无性克隆繁殖第二代,第二代中不施加任何胁迫处理。采取第一代和第二代所有个体的叶组织和茎组织进行MSAP分析,以此进行胁迫引发的DNA甲基化在喜旱莲子草后代的继承性研究,研究结果如下:1)胁迫能引发喜旱莲子草DNA甲基化的变化,而且不同的胁迫引发的甲基化模式不同。在第一代中,不同胁迫组的昆明基因型的喜旱莲子草相对对照组都产生了明显的DNA甲基化变化水平的增高。经方差分析(ANOVA),第一代不同胁迫组产生的DNA甲基化变化的25个具体位点与对照组的相比具有显著的差异。2)胁迫引发的DNA甲基化变化至少部分能具有继承性,并且第一代出现的DNA甲基化模式在不同繁殖方式中具有不同的继承性。昆明基因型的无论是叶组织和茎组织均观察到约有50%左右的甲基化位点从第一代传递到不同繁殖方式的第二代。本研究发现,不管是茎组织还是叶组织,在以根段无性克隆繁殖的第二代,第一代出现的甲基化模式差异基本上全部“消失”,而以茎段繁殖的第二代的这种甲基化模式的差异还存在。3)不同的基因型的DNA甲基化变化对相同的胁迫刺激的响应不同。本研究结果显示,N26(粗茎)基因型在应对胁迫时产生的DNA甲基化效应并不显著。并且其第一代发生的甲基化变化基本上在第二代发生了回复,而昆明基因型应对胁迫发生了显著的DNA甲基化变化,并明显的传递给下一代。以上结果显示,胁迫能引发DNA甲基化变化,这种变化至少部分是可继承的。这种DNA甲基化变化并非随机变化,可以产生特异的甲基化模式,这种甲基化特意模式也具有继承性。虽然DNA甲基化只是表观遗传修饰的一个方面,在一定程度上也说明喜旱莲子草在应对胁迫时与表观遗传机制具有紧密的联系。并强调了表观遗传修饰可遗传性在进化过程中可能扮演了重要且独立的角色。
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