菊花DNA甲基化相关酶基因鉴定及MET1-RNAi材料转录组分析

论文摘要

菊花（Chrysanthemum×morifolium Ramat）是世界上重要的观赏植物之一,具备观赏、食用、药用和茶用等多种价值。作为一种起源于我国的重要花卉,菊花变异之丰富在栽培植物中是比较罕见的,而且是在只有1600多年的栽培历史中发生如此巨大变化,所以这种变异起源的问题一直是菊花研究者普遍关注的一个重要命题。DNA甲基化是研究相对较多的表观遗传修饰之一,涉及许多生物学过程,包括转座子沉默和激活、基因印记和染色体失活,其在调控植物的生长发育方面有着重要的作用。DNA甲基化与菊花各种变异性状的形成是否发挥作用,是需要探讨的课题。而对菊花DNA甲基化修饰相关酶基因进行鉴定与分析是解析这一问题的重要基础。本研究以菊花‘金背大红’、‘野菊（菊花脑,Chrysanthemum×nankingense）’和MET1干涉的菊花‘紫精灵’为实验材料。对‘金背大红’和‘菊花脑’的测序数据进行生物信息学分析,初步鉴定了菊花DNA甲基转移酶和去甲基化酶基因,荧光定量PCR技术检测了其在不同组织和不同菊花品种中的表达量。此外,对MET1-RNAi材料进行转录组测序,从转录水平上揭示DNA甲基化降低对菊花生长发育的影响。所获得的主要结果如下:（1）对传统观赏菊花品种‘金背大红’的混合组织（根、茎、叶、叶柄、脚芽、侧芽、花蕾、花瓣、花蕊和花托）提取RNA并建库,用PacBio测序平台进行测序。同时在菊花基因组数据库（http://www.amwayabrc.com）中下载‘菊花脑’基因组数据。通过保守结构域和系统发育树分析,初步鉴定了菊花的DNA甲基转移酶和去甲基化酶基因。在‘金背大红’中,鉴定了10个DNA甲基转移酶和5个去甲基化酶基因的转录本;‘菊花脑’中,鉴定了10个DNA甲基转移酶和5个去甲基化酶基因的等位基因。利用实时荧光定量PCR技术分别分析了其在不同组织及不同菊花品种的表达情况。在幼苗期,与根相比,CmMET1、CmCMT2和CmDRM2基因在叶片中差异表达极显著升高,茎中差异显著升高;CmDME基因在叶片中表达显著升高,茎中表达下降。在花期,CmMET1、CmCMT2、CmDRM2和CmDME基因有着相似的表达模式,与根相比,表达水平从高到低依次为茎、根、花和叶片,其中茎中表达显著升高。在10个不同的菊花品种中,CmMET1、CmCMT2、CmDRM2和CmDME基因表达水平各不相同。DNA甲基转移酶和去甲基化酶基因,在‘菊花脑’幼苗期根、茎和叶的表达模式存在较大差异,说明不同组织甲基化模式不一样。总之,DNA甲基转移酶和去甲基化酶基因的鉴定和分析将有助于研究DNA甲基化在菊花生长发育中的作用。（2）以课题组前期获得的MET1-RNAi为材料,取其幼苗期的茎和叶片,每个部位处理和对照三个生物学重复,用Illumina HiSeq 4000测序平台进行转录组测序。结果表明:1)完成12个样品的转录组测序,共获得82.28 Gb Clean Data,各样品Clean Data均达到6.26 Gb,Q30碱基百分比在90.12%及以上。2)组装后共获得100,800条unigenes,经过功能注释得到43,476条unigenes,其中长度在1kb以上的unigenes有23,179条。3)MET1-RNAi叶片与对照组叶片相比,有8个差异表达基因（8上调,0下调）,其中差异表达基因分为3个病毒RNA解旋酶病毒、2个RNA依赖RNA聚合酶、1个石竹潜伏病毒外套（Carlavirus coat）和1个0.7kD病毒外膜蛋白;MET1-RNAi茎与对照组茎相比,有156个差异表达基因（145上调,11下调）,编码植物生物学过程中的许多关键蛋白,如转录因子、信号转导机制、次生代谢产物的合成、转运和分解代谢以及相互作用;对照组叶片与对照组茎相比,有8786个差异表达基因（3461上调,5325下调）,涉及碳水化合物的转运与代谢、次生代谢产物的生物合成/转运/分解代谢、转运体活性和催化活性等;MET1-RNAi叶片与MET1-RNAi茎相比,有8323个差异表达基因（3195上调,5128下调）,涉及碳水化合物的运输与代谢、翻译后修饰/蛋白质周转/伴侣、信号传导机制、氨基酸的生物合成、催化活性和转录因子等。4)用实时荧光定量PCR技术,对7个差异表达基因的表达水平进行验证,结果与测序结果基本一致。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
•   1.1 菊花
•   1.2 表观遗传学
•   1.3 植物DNA甲基化
•     1.3.1 DNA甲基化的特点
•     1.3.2 DNA甲基化的类型
•     1.3.3 DNA去甲基化
•     1.3.4 主要的DNA甲基转移酶和去甲基化酶
•   1.4 DNA甲基化的研究
•     1.4.1 DNA甲基化对植物表型和种子萌发的影响
•     1.4.2 DNA甲基化与春化作用
•     1.4.3 DNA甲基化对植物基因组防御的作用
•     1.4.4 DNA甲基化参与植物逆境胁迫的调控
•   1.5 高通量测序技术
•   1.6 转录组测序技术发展
•   1.7 本研究目的及研究内容
• 2 植物材料和实验方法
•   2.1 植物材料
•     2.1.1 三代测序材料及实时荧光定量PCR所需的材料
•     2.1.2 转录组测序所需的材料
•   2.2 实验方法
•     2.2.2 DNA甲基化相关酶基因鉴定的实验方法
• RNAi材料转录组分析的实验方法'>    2.2.3 MET1-_RNAi材料转录组分析的实验方法
• 3 结果分析
•   3.1 菊花DNA甲基转移酶和去甲基化酶基因的鉴定及表达分析
•     3.1.1 DNA甲基转移酶和去甲基酶基因的理化性质分析和保守结构域分析
•     3.1.2 DNA甲基转移酶和去甲基化酶基因的系统发育树分析
•     3.1.3 DNA甲基转移酶和去甲基化酶基因在“金背大红”的不同组织及不同品种的表达分析
•     3.1.4 DNA甲基转移酶和去甲基化酶基因在“菊花脑”不同组织的表达分析
• RNAi材料转录组分析'>  3.2 MET1-_RNAi材料转录组分析
•     3.2.1 转录组测序产量分析
•     3.2.2 基因注释与功能分类
•     3.2.3 差异表达基因分析
• RNAi材料与对照组差异表达基因qRT-PCR结果验证'>    3.2.4 MET1-_RNAi材料与对照组差异表达基因qRT-PCR结果验证
• 4 讨论
•   4.1 菊花DNA甲基转移酶和去甲基化酶基因鉴定及系统发育树分析
•   4.2 菊花DNA甲基化相关酶基因表达分析
• RNAi材料转录组分析'>  4.3 MET1-_RNAi材料转录组分析
• 5 结论
• 参考文献
• 致谢
• 发表论文目录
• 附录

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 李帅磊

导师: 王子成

关键词: 菊花,甲基化,甲基转移酶,去甲基化酶,三代测序技术,转录组测序,差异基因表达

来源: 河南大学

年度: 2019

分类: 基础科学,农业科技

专业: 生物学,生物学,园艺

单位: 河南大学

分类号: S682.11;Q943.2

总页数: 75

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