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叶片衰老是叶片生长发育的最后一个阶段,与农作物的产量与品质具有重要的相关性。叶片衰老受到内外因素的共同调节,形成了复杂的遗传与表观遗传调控网络。本研究运用全基因组甲基化测序(WGBS)技术对拟南芥(Arabidopsis thaliana)四个发育和衰老时期的叶片进行甲基化水平及模式的分析,并结合相关转录组数据,筛选出DNA甲基化调控叶片衰老的候选基因。通过对拟南芥中的DNA甲基转移酶和去甲基化酶在叶片衰老进程中的表达模式分析,找到可能调控叶片衰老的酶,并观察其突变体的表型。阐明DNA甲基化在叶片衰老中的作用。本研究的主要结果如下:(1)以拟南芥叶片发育和衰老的四个时期YL(幼嫩的展开一半的叶片)、NS(完全伸展但未衰老的叶片)、ES(衰老早期的叶片)和LS(衰老后期的叶片)为材料,运用WGBS技术进行了全基因组甲基化研究。发现CG序列的甲基化水平远高于CHG和CHH序列,mCG的位点数也高于CHG和CHH序列,且在叶片衰老过程中高甲基化水平的CG位点数显著下降。此外,差异甲基化分析共检测出2714个差异甲基化区域(DMRs),这些DMRs涉及到1383个差异甲基化基因(DMGs)。其中CG序列变化的基因数远多于CHG和CHH序列变化的基因数,CG序列的DMGs在叶片衰老过程中倾向于去甲基化,而CHG序列倾向于高甲基化。结果表明,发生在CG序列的去甲基化可能在叶片衰老中起主导作用。(2)通过对甲基化数据与相关转录组数据的相关性分析,得到116个DNA甲基化与基因表达具相关性的基因,其中75(64.7%)个呈负相关,41(35.3%)个呈正相关。这些基因拥有的DMR在启动子区的有40(34.5%)个,在基因体区的有76(65.5%)个。说明叶片衰老过程中DNA甲基化可能负调控基因的表达,并且在基因体区具有更紧密的调控关系。此外,这些基因中多数(58)表现为甲基化水平下降且基因表达上调,功能注释分析发现,它们参与了多个生物学过程,其中WRKY26、SAG24、MKK4、RD20等候选基因可能在叶片衰老过程中起到重要的作用。这些结果表明,DNA甲基化的变化与叶片衰老的发生具有相关性。(3)对叶片衰老进程中的DNA甲基转移酶和去甲基化酶的表达模式进行分析,发现甲基转移酶基因MET1和CMT3均下调表达,而去甲基化酶基因DML2和DML3上调表达,其中DML3在叶片衰老的ES时期显著上调,其突变体延缓了叶片衰老,表明去甲基化酶DML3可能通过对衰老相关基因的去甲基化来调控叶片的衰老。