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桫椤科(Cytheaceae)是树形蕨类植物(Tree ferns),这个科是非常特别的植物类群,是植物界的“活化石”,它们对研究植物的起源、进化和地理区系等方面十分重要,也是极为珍贵的。笔筒树(Sphaeropteris lepifera(Hook. R.M.Tryon)属于桫椤科,树形蕨,树形高大,有巨大的伞状树冠,是蕨类植物中罕见的大型园艺观赏植物。笔筒树数量稀少,生境较为暴露,易受破坏,近年来,又出现成活率低、幼苗数量减少等问题,因此为了解决笔筒树繁殖障碍,需要研究其生殖机制。
DNA甲基化是基因组DNA的重要表观遗传方式,可以调控植物体的细胞分化、基因表达、个体发育及对各类生物因素和非生物因素的环境胁迫的响应。5-氮杂胞苷(5-azaC)是一种甲基化抑制剂,它能够嵌入到DNA中与甲基转移酶结合,并使其隔离,进而抑制甲基化状态的维持。因此,采用5-azaC对笔筒树的幼配子体进行处理,来探究笔筒树性别分化与DNA甲基化之间的关系。结果如下:
(1)使用5-azaC对笔筒树配子体进行处理,通过对比假根数量及形态、叶绿体发育和配子体精子器、颈卵器的数目发现:5-azaC对原叶体发育有一定的影响,部分叶绿体出现发黄坏死,有叶绿体形状的改变,小部分叶绿体出现溶解,向细胞中间聚集;假根颜色加深,弯曲的数量增加,假根数量也略微增加;5-azaC可以促进雄性配子体的分化,增加精子器的数目,增加精子器分布的区域,在浓度为100μmol/L时表现得尤为明显。
(2)5-azaC对笔筒树配子体比率也有影响,表现为:5-azaC能够提高笔筒树配子体的雄性配子体比率,对照组的雄性配子体所占比例为73%,5-azaC处理的笔筒树幼苗表现为雄性配子体分化增多,所有浓度处理均明显高于73%,而浓度为100μmol/L的5-azaC处理下的笔筒树雄性配子体可高达97.09%,雄性配子体数量是雌性配子体的100倍;而浓度为10μmol/L和1μmol/L时,雄性配子体的数量为雌性配子体的二三十倍左右,同样远高于对照组的5倍。因此,可以表明5-azaC能够促进雄性配子体的分化,而浓度为100μmol/L时促进作用最大,即100μmol/L的5-azaC在影响笔筒树配子体性别分化方面,效果最为明显。
(3)通过MSAP法分析5-azaC处理的笔筒树配子体DNACCGG甲基化的变化。结果表明:5-azaC处理笔筒树配子体,其DNA的总甲基化率略有降低,降低到56.10%;略微增高其全甲基化率,达到23.3%;降低其DNA半甲基化率至32.7%。CK在总甲基化条带数在284的情况下,单链DNA外部甲基化、DNA双链内部甲基化和双链DNA外部甲基化分别占39.8%、21%和39.2%。5-azaC处理的情况下单链DNA外部甲基化、DNA双链内部甲基化和双链DNA外部甲基化分别占32.7%、23.3%和44%。5-azaC处理能够减少单链DNA外部甲基化所占比重,增加DNA双链内部甲基化和外部甲基化所占比重;5-azaC处理的笔筒树配子体其DNA超甲基化率为2.43%,去甲基化率为52.91%,甲基化多态性比例为75.34%。得到的43条序列中有23条对比到了结果,对比发现,23条序列中有大部分与某些真菌序列类似,同源性能达到70%以上,有两条为某种蛋白。
DNA甲基化是基因组DNA的重要表观遗传方式,可以调控植物体的细胞分化、基因表达、个体发育及对各类生物因素和非生物因素的环境胁迫的响应。5-氮杂胞苷(5-azaC)是一种甲基化抑制剂,它能够嵌入到DNA中与甲基转移酶结合,并使其隔离,进而抑制甲基化状态的维持。因此,采用5-azaC对笔筒树的幼配子体进行处理,来探究笔筒树性别分化与DNA甲基化之间的关系。结果如下:
(1)使用5-azaC对笔筒树配子体进行处理,通过对比假根数量及形态、叶绿体发育和配子体精子器、颈卵器的数目发现:5-azaC对原叶体发育有一定的影响,部分叶绿体出现发黄坏死,有叶绿体形状的改变,小部分叶绿体出现溶解,向细胞中间聚集;假根颜色加深,弯曲的数量增加,假根数量也略微增加;5-azaC可以促进雄性配子体的分化,增加精子器的数目,增加精子器分布的区域,在浓度为100μmol/L时表现得尤为明显。
(2)5-azaC对笔筒树配子体比率也有影响,表现为:5-azaC能够提高笔筒树配子体的雄性配子体比率,对照组的雄性配子体所占比例为73%,5-azaC处理的笔筒树幼苗表现为雄性配子体分化增多,所有浓度处理均明显高于73%,而浓度为100μmol/L的5-azaC处理下的笔筒树雄性配子体可高达97.09%,雄性配子体数量是雌性配子体的100倍;而浓度为10μmol/L和1μmol/L时,雄性配子体的数量为雌性配子体的二三十倍左右,同样远高于对照组的5倍。因此,可以表明5-azaC能够促进雄性配子体的分化,而浓度为100μmol/L时促进作用最大,即100μmol/L的5-azaC在影响笔筒树配子体性别分化方面,效果最为明显。
(3)通过MSAP法分析5-azaC处理的笔筒树配子体DNACCGG甲基化的变化。结果表明:5-azaC处理笔筒树配子体,其DNA的总甲基化率略有降低,降低到56.10%;略微增高其全甲基化率,达到23.3%;降低其DNA半甲基化率至32.7%。CK在总甲基化条带数在284的情况下,单链DNA外部甲基化、DNA双链内部甲基化和双链DNA外部甲基化分别占39.8%、21%和39.2%。5-azaC处理的情况下单链DNA外部甲基化、DNA双链内部甲基化和双链DNA外部甲基化分别占32.7%、23.3%和44%。5-azaC处理能够减少单链DNA外部甲基化所占比重,增加DNA双链内部甲基化和外部甲基化所占比重;5-azaC处理的笔筒树配子体其DNA超甲基化率为2.43%,去甲基化率为52.91%,甲基化多态性比例为75.34%。得到的43条序列中有23条对比到了结果,对比发现,23条序列中有大部分与某些真菌序列类似,同源性能达到70%以上,有两条为某种蛋白。