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基本信息
- 項目名稱：
- 柱穗山羊草殺配子染色體2C的甲基化功能分析
- 小類：
- 生命科學(xué)
- 簡介：
- 小麥?zhǔn)鞘澜缟现匾募Z食作物之一，小麥的生產(chǎn)對國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展有十分重要的意義。已有研究表明，DNA甲基化對殺配子機(jī)制有直接的影響，因此，深入研究DNA甲基化對殺配子染色體作用機(jī)制所產(chǎn)生的影響對于更好的發(fā)揮各種殺配子染色體在小麥遺傳育種中的作用具有重大意義。本文通過改變殺配子染色體的DNA甲基化程度，對含有殺配子染色體2C的小麥品系進(jìn)行細(xì)胞遺傳學(xué)以及甲基化水平鑒定，期待為促進(jìn)小麥的品種改良奠定基礎(chǔ)。
- 詳細(xì)介紹：
- 小麥?zhǔn)鞘澜缟现匾募Z食作物之一，小麥的生產(chǎn)對國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展有十分重要的戰(zhàn)略意義。我國的小麥產(chǎn)量連年顯著提高，這與小麥的品種改良是分不開的。小麥的近緣物種中存在著大量的遺傳變異，是小麥改良可以利用的優(yōu)異基因資源，將這些優(yōu)異基因?qū)胄←溡恢笔沁z傳學(xué)家和育種學(xué)家經(jīng)久不衰的研究課題。已有研究表明，DNA甲基化對殺配子機(jī)制有直接的影響，因此，深入研究DNA甲基化對殺配子染色體作用機(jī)制所產(chǎn)生的影響對于更好的發(fā)揮各種殺配子染色體在小麥遺傳育種中的作用具有重大意義。本文以普通小麥“中國春”（Chinese Spring）及中國春殺配子染色體2C二體附加系（CS-2C2C）為材料，利用5-氮胞苷（5-AC）處理改變小麥基因組甲基化水平，采用細(xì)胞學(xué)方法研究甲基化水平與染色體畸變之間的關(guān)系；采用高效液相色譜法（HPLC）研究殺配子引起染色體異常時基因組甲基化水平的變化趨勢。期望通過本研究得出殺配子染色體與DNA甲基化修飾之間的一些具有啟發(fā)性的結(jié)論，為進(jìn)一步利用殺配子染色體誘導(dǎo)小麥與外源染色體的易位，促進(jìn)小麥的品種改良奠定基礎(chǔ)。
作品專業(yè)信息
撰寫目的和基本思路
- 目的： 本文試圖闡明DNA甲基化在殺配子染色體作用機(jī)制中的作用。期望通過本研究為進(jìn)一步利用殺配子染色體誘導(dǎo)小麥與外源染色體的易位，促進(jìn)小麥的品種改良奠定基礎(chǔ)。 作品設(shè)計基本思路： 以普通小麥“中國春”及中國春殺配子染色體2C二體附加系（CS-2C2C）為材料，利用5-氮胞苷（5-AC）處理改變小麥基因組甲基化水平，采用細(xì)胞學(xué)方法和高效液相色譜法（HPLC）進(jìn)行研究。
科學(xué)性、先進(jìn)性及獨特之處
- ① 國外對DNA甲基化在殺配子機(jī)制中的作用的深入研究較少。 ② 目前，DNA甲基化修飾在小麥育種中的研究還鮮有報道。
應(yīng)用價值和現(xiàn)實意義
- 小麥?zhǔn)鞘澜缟现匾募Z食作物之一，小麥的生產(chǎn)對國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展有十分重要的戰(zhàn)略意義。小麥的近緣物種中存在著大量的遺傳變異，是小麥改良可以利用的優(yōu)異基因資源，將這些優(yōu)異基因?qū)胄←溡恢笔沁z傳學(xué)家和育種學(xué)家經(jīng)久不衰的研究課題。隨著人民生活水平的提高和現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的發(fā)展，對新品種選育將會提出更多和更高的要求。因此，對小麥新品種選育的方法和手段進(jìn)行創(chuàng)新顯得尤為重要。
學(xué)術(shù)論文摘要
- 通過檢測DNA甲基化我們發(fā)現(xiàn)來自于柱穗山羊草的殺配子染色體2C在配子缺少它們的時候可以引起染色體斷裂，所以我們用它來分析DNA甲基化和殺配子作用之間的關(guān)系。用不同濃度的去甲基化試劑5-AC處理帶有殺配子染色體2C的普通小麥的根尖，觀察到了染色體的畸變以及微核。這個結(jié)果表明經(jīng)過5-AC處理誘導(dǎo)了CS-2C2C的宿主基因組不穩(wěn)定，并且畸變的頻率也隨著5-AC處理濃度的增加而增加。此外，利用HPLC方法檢測DNA甲基化水平的結(jié)果也顯示CS-2C2C的甲基化水平高于CS。當(dāng)用5-AC處理CS-2C2C時，檢測到它的甲基化水平呈明顯的下降趨勢，同時在它的根尖中也看到了大量的畸變，畸變數(shù)量明顯高于中國春。這顯示了DNA甲基化保護(hù)了CS-2C2C 的斷裂抑制功能或者抑制了殺配子系統(tǒng)的斷裂誘導(dǎo)功能。當(dāng)發(fā)生去甲基化作用的時候，殺配子染色體2C的斷裂誘導(dǎo)功能將會起到誘導(dǎo)染色體斷裂的作用。
獲獎情況
- 無
鑒定結(jié)果
- 該作品目的明確，技術(shù)路線可行，創(chuàng)新點突出，同意申報
參考文獻(xiàn)
- 1、細(xì)胞學(xué) 文獻(xiàn)名稱：J.I.Delas,I.P.King and J.S.Parker. 5-azacytidine induces chromosomal breakage in the root tips of wheat carrying the cuckoo chromosome 4SL from Aegilops sharonensis. Heredity, 2001, 87 (4): 474-479. 2、HPLC 文獻(xiàn)名稱：E.Horvath,G.Szalai,T.Janda, et al. Effect of vernalisation and azacytidine on the DNA methylation level in wheat (Triticum aestivum L.cv.Mv 15). Acta Biologica Szegediensis, 2002, 46 (3-4): 35-36
同類課題研究水平概述
- 殺配子染色體具有雙重功能——斷裂誘導(dǎo)作用和斷裂抑制作用。目前為止，殺配子的作用機(jī)制還沒有完全弄清楚，學(xué)術(shù)界的觀點也尚未統(tǒng)一。Finch提出殺配子效應(yīng)導(dǎo)致的染色體誘導(dǎo)畸變發(fā)生在受精之后。Endo認(rèn)為殺配子染色體的作用時期可能是在減數(shù)分裂后，缺少殺配子染色體的減數(shù)孢子在配子形成過程中的有絲分裂時經(jīng)歷了染色體斷裂。由這樣的孢子形成的配子發(fā)生的染色體畸變是致死或半致死的。Nasuda認(rèn)為殺配子染色體的表達(dá)時期發(fā)生在G1期，即減數(shù)分裂的末期和第一次花粉有絲分裂的S期之間。Tsujimoto和Noda發(fā)現(xiàn)了殺配子染色體的作用機(jī)制與細(xì)菌中的限制修飾系統(tǒng)有相似之處，并于2005年提出一種Gc模型用來解釋小麥中配子形成以及合子細(xì)胞中發(fā)生的染色體斷裂。當(dāng)殺配子基因進(jìn)入到小麥基因組后，殺配子基因同時產(chǎn)生了限制因子和一個類似于甲基化酶的修飾因子。經(jīng)過減數(shù)分裂，孢子體產(chǎn)生了含有和不含有殺配子染色體的兩種配子。當(dāng)限制因子存在的時間比修飾因子存在的時間長時，不含有殺配子基因的配子通過某種方式獲得了限制因子。由于該配子中不含有修飾因子，因此限制因子能夠切開了它所識別的未被修飾的特異限制性位點，導(dǎo)致不含有Gc基因的配子發(fā)生染色體斷裂，導(dǎo)致配子敗育；而含有殺配子染色體的配子中的特異性識位點由于被殺配子基因釋放的修飾因子保護(hù)，限制因子的斷裂誘導(dǎo)功能被抑制。因此，含有Gc基因的配子就不發(fā)生染色體斷裂，該配子正?？捎?。 在植物中，如果甲基化水平不足或缺少，便會導(dǎo)致許多生長發(fā)育的表型異常。將甲基轉(zhuǎn)移酶反義基因METI分別轉(zhuǎn)入擬南芥和煙草中，這些反義植物的DNA甲基化水平較對照組明顯下降。由于甲基化水平的降低，反義植物及后代營養(yǎng)器官及生殖結(jié)構(gòu)均表現(xiàn)出異常，而且不正常的類型與去甲基化程度有關(guān)，甲基化水平越低，表型異常現(xiàn)象越嚴(yán)重。反義植物除了外部形態(tài)發(fā)生改變之外，從營養(yǎng)生長向生殖生長轉(zhuǎn)變的時間也發(fā)生了改變。這說明DNA甲基化是植物正常生長發(fā)育所必需的，在植物的生長發(fā)育進(jìn)程的過程中起著關(guān)鍵的調(diào)控作用。 Finnegan等的研究表明：DNA甲基化可以通過改變春化作用促進(jìn)開花。低溫處理可促進(jìn)開花，而用5-AC處理也可引起提早開花。說明春化促進(jìn)開花可能是因為誘導(dǎo)開花有關(guān)的基因或其啟動子發(fā)生去甲基化進(jìn)行表達(dá)，又使抑制開花的基因重新甲基化而關(guān)閉表達(dá)，導(dǎo)致植物體內(nèi)的生理生化狀態(tài)發(fā)生改變，誘導(dǎo)植物提早開花。
