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异质生境下克隆植物光稃茅香DNA甲基化变化及其适应性意义

作　者: 边儒进
导　师: 邢福
学　校: 东北师范大学
专　业: 生态学
关键词: 表观遗传异质生境表型可塑性 DNA甲基化光稃茅香 MSAP
分类号: Q948
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

胞嘧啶甲基化是表观遗传修饰的一个重要途径，在植物适应不同环境的过程中起到至关重要的作用。本研究应用可控的盆栽实验和MSAP分子标记技术来探究异质生境中克隆植物光稃茅香DNA胞嘧啶甲基化的变化，以期从表观遗传学的角度解释异质生境下克隆植物的DNA甲基化变异与其适应性机制的关系。盆栽实验在两端开口的温室大棚内进行，分为异质和同质生境两种处理。通过不同梯度的氮添加模拟自然条件下的资源异质性。将直径60cm、深20cm的塑料大盆用塑料隔板均等分为四个“分室”（以下称为斑块）。依次标记为不施肥(NN)、低水平施肥(LN)、中等水平施肥(MN)和高水平施肥(HN)斑块，对应的氮浓度分别是0、0.15、0.30和0.45g N kg-1土壤。不添加氮肥的同质生境作为对照(CK)。实验初期，将遗传基础一致的光稃茅香分株移栽到各个盆的中央，使根茎向周围四个斑块中拓展的机会相同。生长季末对形态学指标的测定结果表明，中度施肥的斑块中的比叶面积值显著高于其他斑块(p=0.008)，但施肥没有显著改变各斑块中光稃茅香芽数、总生物量、根茎长、分株高和分株数。对照组中的光稃茅香总体甲基化水平显著高于其他斑块(p=0.027)，其中NN、LN、MN和HN斑块中的CG/CHG甲基化水平分别是27.93%/11.51%，27.92%/11.49%，27.94%/11.38%和27.63%/11.39%，对照组中分株的CG/CHG甲基化水平分别是27.92%/11.83%。多重比较(Duncan)结果显示，与生长在同质环境中的对照植株相比，氮添加显著降低了异质生境中分株的CHG胞嘧啶甲基化水平(p=0.026)，但CG胞嘧啶甲基化水平的变化未达到显著水平(p=0.556)。与对照组相比，NN、LN、MN和HN斑块中CG和CHG水平的升高或降低的变异率依次为2.51%、2.69%、2.65%和2.91%，均未达到显著差异水平(p=0.474)，但呈现出随着施肥水平增加而上升的趋势。基于UPGMA的甲基化敏感多态矩阵的聚类分析将15个样品聚为两大类，即对照组和施肥处理组(其中CK-3例外)。这说明，施肥不仅引起处理和对照分株之间的表观遗传的变异，还引起处理组中不同施肥梯度斑块中的分株之间的变异。线性回归分析表明，胞嘧啶甲基化水平与芽数、根状茎长以及生物量之间有显著的回归关系。对DNA甲基化变化的特异性片段的测序结果显示，27条特异性条带中有5条片段与编码NADH脱氢酶、固醇去甲基化酶和假意蛋白等已知功能的基因相似，另有一个片段与未知功能的基因相似。主要结论：氮添加会导致克隆植物光稃茅香胞嘧啶甲基化水平的降低。在自然生态系统中，克隆植物改变其胞嘧啶甲基化水平可能对其适应异质生境有重要作用。克隆植物在应对外界环境资源的不均一性时，会启动表观遗传变异来调节植物表型的变化，以保证定植在不利斑块中的分株的存活。另外，较高的甲基化水平可能会激活植物潜在的克隆繁殖能力，由此产生更多的子代分株，并扩大种群，这可能会帮助克隆植物长期适应不利的外界环境并可以解释光稃茅香能成为较贫瘠的松嫩草原中主要的伴生种的原因。

异质生境下克隆植物光稃茅香DNA甲基化变化及其适应性意义

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