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十字花科芸薹属中的白菜、甘蓝及其远缘杂交后代是重要的蔬菜或油用作物。随着测序和组装等技术的日益进步,白菜和甘蓝的全基因组测序和基因注释相继完成,为芸薹属植物的生物学研究提供了重要基础。旁系同源基因是指同一基因组(或同系物种的基因组)中,由于祖先基因加倍等过程而横向产生的几个同源基因。植物间的远缘杂交造成物种内出现大量的旁系同源基因。目前,植物远缘杂交后代旁系同源基因的表达调控机制尚未得到解析。近年来,有研究显示旁系同源基因之间的DNA序列高度相似,但是其表达水平却存在差异,相关机制还不清楚,表观遗传修饰可能发挥了重要作用。本研究主要对白菜与甘蓝远缘杂交后代中,表观遗传修饰与旁系同源基因差异表达的关系进行了系统分析。 研究选取白菜品种Chiifu和甘蓝品种金早生(JZS)进行远缘杂交。利用胚挽救技术得到异源二倍体(allodiploid,AD1)后,又采用秋水仙素加倍的方法得到了异源四倍体(allotetraploid,AT1)。根据基因间的线性关系确定了AD1和AT1中的旁系同源基因,并以“two-fold原则”为筛选条件,获得了差异表达的旁系同源基因对。最终以转座子、24-nt sRNA和三种类型的甲基化(CpG、CHG和CHH)为研究重点,对表观遗传修饰与旁系同源基因差异表达的相关关系进行了研究。主要结果如下 1、对白菜、甘蓝及其杂交后代AD1和AT1的转座子分布进行研究时发现,在全基因组水平,基因内部及其上下游临近区域转座子的密度与基因表达呈负相关,并且基因上游1kb至下游1kb与基因表达的相关性最大,在此定义基因上游1kb和基因下游1kb为基因上下游区域。 2、在对杂交后代(AD1和AT1)的研究中发现,旁系同源基因上下游区域的转座子密度与其基因差异表达无关;但是基因区的转座子密度与旁系同源基因的差异表达具有负相关性。 3、发现在AD1和AT1的基因上下游区域和基因区域的24-nt sRNA水平与旁系同源基因之间的差异表达不相关。在对24-nt sRNA靶向转座子的水平进行分析时发现,其与旁系同源基因的差异表达无明显关系。 4、在基因上下游区域,无论是在AD1还是AT1中,3种类型的DNA甲基化(CpG、CHG和CHH)水平及转座子的DNA甲基化水平都与旁系同源基因之间的差异表达无关,而在基因区,差异表达的旁系同源基因的表达水平越低,其CHG和CHH类型的甲基化水平越高。对转座子的DNA甲基化水平研究时发现,基因区中,转座子的CHG和CHH类型DNA甲基化与旁系同源基因的差异表达呈负相关。 总而言之,在白菜和甘蓝远缘杂交的后代(AD1和AT1)中,旁系同源基因的上下游区域,转座子、24-nt sRNA、24-nt sRNA靶向转座子、DNA甲基化和转座子的甲基化均与其差异表达无关,在基因区,转座子的密度、CHG类型DNA甲基化、CHH类型DNA甲基化、转座子的CHG和CHH类型DNA甲基化均与旁系同源基因的差异表达呈负相关。