两种不同抗病性杨树受溃疡病菌侵染后的DNA甲基化分析及miR6427和miR1447的转化

来源 :北京林业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:liutingkaoyanhao
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杨树是我国重要的用材林和防护林树种,但近年来饱受病虫害的威胁,其中,欧美杨细菌性溃疡病是一种对杨树造成严重危害的细菌性病害。前人已开展了杨树受溃疡病菌(Lonsdalea quercina)侵染后基因表达分析的研究,但对造成这些基因差异表达的机制尚未阐明。近年来的研究表明,表观遗传学调控是植物应对生物胁迫的重要调控机制之一,而DNA甲基化是表观遗传学的重要组成部分。对杨树DNA甲基化在接菌后的变化与抗病的关联及抗病相关miRNA的功能进行解析,将有助于揭示和完善杨树抗病的调控机制,为表观遗传学调控在树木抗病遗传改良中的应用提供参考。本研究对两种不同抗性材料欧美杨107杨(感病)和河南毛白杨(抗病)分别接种欧美杨细菌性溃疡病菌,研究杨树在接种病菌后的甲基化变化及不同抗性材料间DNA甲基化的差异。此外,为了解析杨树感病过程的DNA甲基化动态变化,本研究还进行了感病材料在接种不同时间段(2 d、4 d和6 d)的DNA甲基化分析。结合本课题组前期已完成的杨树转录组和miRNA的研究,进一步分析相关DNA甲基化差异与抗病之间的关系。基于课题组前期研究发现的杨树特有的miR1447和miR6427在受病菌侵染后表达量均有较大变化且多个靶基因可能与逆境胁迫相关,本研究开展了这两个miRNA在杨树中的遗传转化。本研究结果如下:(1)两种杨树胞嘧啶发生甲基化的比例在接种病菌后下降,河南毛白杨的甲基化比例在未接种和接种后均低于107杨。在抗病材料河南毛白杨中CHH的甲基化比例在接种后也下降,其CHH甲基化比例在未接种和接种后均低于感病材料。(2)随着病菌侵染时间的变化,107杨在病原菌侵染2 d、4 d和6 d总胞嘧啶发生甲基化的比例总体呈逐渐下降趋势。CHH甲基化的变化趋势与甲基化总体变化趋势一致,这与以往报道的CHH的甲基化受病菌抑制的报道相一致,说明杨树中CHH的甲基化可能与抗病性密切相关。(3)将这些DNA甲基化差异的位点进一步注释到基因的各部分,发现107杨和河南毛白杨在受到病菌侵染6 d后大量基因的启动子区域和重复序列区域发生了去甲基化,107杨在病菌侵入后与河南毛白杨的主要不同点在于107杨CHH甲基化上调的启动子区域和重复序列区域数量约为河南毛白杨的2倍。结合已有转录组数据进行分析,得到一个启动子区域发生CHH甲基化下调而基因表达量上调的基因——钙依赖性蛋白激酶,该基因可能参与了杨树抵御病菌侵染的调控。(4)病原菌侵染使河南毛白杨和107杨5’Flanking region区域发生CHH甲基化的miRNA数量下降。此外,随机选取甲基化种类和发生位置较少的13个miRNA进行DNA甲基化和表达量的联合分析时,未发现表达量变化和CG/CHG/CHH甲基化及其发生区域有明显关联存在,但13个miRNA中有12个均涉及CHH甲基化的变化。(5)欧美杨细菌性溃疡病菌侵入后,107杨和河南毛白杨中miR1447的表达量下调,miR6427的表达量上调。miR1447和miR6427在感病材料107杨中DNA甲基化下调,而miR1447和miR6427在抗病树种河南毛白杨中DNA甲基化上调或无变化,并且miR6427和miR1447靶基因的表达量与miR6427和miR1447负相关,miRNA及其靶基因有可能同时发生DNA甲基化。DNA甲基化在miR6427和miR1447基因组的变化较为复杂,但两种材料中miR1447和miR6427的DNA甲基化变化均包含CHH甲基化的变化。(6)通过叶盘转化法成功获得了miR1447和miR6427的过表达转基因杨树幼苗和miR1447抑制表达杨树幼苗,为后续开展这两种miRNA在杨树抗病中的功能研究提供了转基因材料。本论文为解析杨树不同抗性材料间抵御溃疡病菌侵染的机制进行了新的理论探索,为揭示树木抗病的甲基化调控机制奠定了初步的基础,并为完善树木抗病的miRNA调控和miRNA在树木抗性分子改良中的应用提供了参考。
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