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生物钟是生命体为了适应自然界的周期性变化,从而进化出的内源性的时间调控机制。从部分原核生物到真核生物,都通过这种内源性的机制调控自身生命活动,从而获得生存的最大利益。受植物生物钟影响的生命活动众多,几乎涵盖了植物生理生化、发育和代谢过程的所有方面,包括生长和衰老、组织器官的节律性生长、植物开花、气孔开闭和叶绿体等细胞器的运动,同时生物钟也参与植物激素的节律性表达和降解以及应答反应、细胞游离钙离子浓度的周期性振荡、蛋白质磷酸化和转录后修饰过程。研究表明,高等植物生物钟由一个复杂的调控网络所组成,影响着诸多生化和分子信号途径。本研究以一年生欧洲黑杨无性系N46(P.nigra N46)为材料,采用基于二代测序的MeDIP-seq(Methylated DNA immunoprecipitation sequencing)技术,检测昼夜周期变化过程中早晨和午夜时杨树基因组DNA甲基化模式的变化,分析杨树生物节律是否与DNA甲基化修饰作用相关,以探讨受生物钟调控的表观遗传现象。主要研究结果如下:1.揭示了欧洲黑杨叶片基因组在昼夜两个不同时间点的DNA甲基化模式。采用MeDIP-seq技术对8点和24点叶片基因组DNA甲基化状态进行了检测,得到昼夜两个时间点总计11.16G的测序数据,分别映射了参考基因组的48.12%和49.28%。在两个时间中,富含甲基化胞嘧啶的区域分布在染色体的不同基因元件上,均是在启动子区分布最多,非编码区最少。从整体甲基化区域的变化趋势上看,8点样品中下降趋势的甲基化片段较多,其中,启动子区具有上升趋势的甲基化片段较多,而其余区域为下降趋势的甲基化片段较多。因此,杨树叶片基因组DNA在昼夜两种不同的环境下存在不同的甲基化模式。2.获得了昼夜两个时间点差异甲基化基因160个,并对其生物学功能进行了分析。GO富集分析结果表明,这些基因多数参与构成细胞基本组成元件和细胞器组分,分子功能多与催化活性以及整合作用相关,在细胞生理、代谢、刺激响应、死亡以及定位等生物学过程中起作用。KEGG通路分析结果表明,差异甲基化基因涉及碳水化合物代谢、核苷酸代谢、遗传信息处理、环境适应以及信号传导过程等信号通路。3.验证了部分差异甲基化基因的甲基化水平,并对相关基因的mRNA的表达水平进行了检测。在8点和24点间的差异甲基化基因中,采用BS-PCR技术检测了CHSL2基因、Nbs-lrr resistance protein基因、PTRMTP2基因、GluR5基因以及Histidine phosphotransfer protein基因在8点和24点叶片DNA的甲基化水平,结果显示其甲基化水平与MeDIP-seq的结果一致,证明本研究中得到的Me DIP-seq数据真实可信。对6个启动子区及外显子区存在甲基化差异基因在8点和24点样品中mRNA检测结果表明,CHSL2、Histidine phosphotransfer protein、Multicopper oxidase等3个在24点时甲基化水平高的基因,其m RNA相对表达量较低;而在24点时甲基化水平较低的PTRMTP2、GluR5以及Nbs-lrr resistance protein基因,其mRNA相对表达量较高,与DNA甲基化可抑制基因转录的功能相吻合。