落叶松杂种优势形成过程中基因组DNA甲基化水平及模式研究

【作者】 李爱； 齐力旺； 宋文芹； 陈成彬； 王春国；

【机构】 南开大学生命科学学院； 中国林业科学研究院林业研究所；

【摘要】 杂种优势已被广泛用于提高作物产量和品质,但其形成的分子机制仍有待揭示,特别是对于生长周期长的木本植物如落叶松等杂种优势形成的分子机制更是缺少认识,尽管杂种落叶松已被广泛种植并表现出明显的生长优势。为此本研究利用一组落叶松亲本及其正反交杂种后代为试料(其中正交组合杂种后代表现出明显的生长优势,而反交组合后代生长优势不显著)分别采用AFLP和MSAP方法探究基因组DNA序列变异及DNA甲基化状态改变与落叶松杂种优势形成的关系。结果证实两个落叶松亲本间基因组结构高度相似,仅有0.52%的位点在二者之间表现为多态性,并且杂交也并未导致杂种后代基因组DNA序列发生大规模改变(多态性比率低于1%)。与之相反,两个落叶松亲本间DNA甲基化状态存在显著差异,杂种后代与亲本相比DNA甲基化水平和模式也都发生了明显改变。其中优势杂交后代基因组DNA甲基化水平(26.47%)显著低于双亲中值(33.80%),并且发生了广泛的去甲基化变化,而非优势杂种后代DNA甲基化水平(33.59%)接近于双亲中值,其基因组内去甲基化及甲基化模式调整程度基本一致。上述结果显示,在双亲遗传背景基本一致的情况下,落叶松杂种优势的形成与DNA甲基化修饰调控密切相关,优势杂种后代全基因组DNA表现出的低甲基化水平特征及大量位点的去甲基化模式调整可能对其优势性状的形成至关重要。随后对二十个DNA甲基化模式变异位点的序列分析也证实部分序列与调控植物生长发育的基因高度同源,这进一步证实DNA甲基化修饰参与了杂种落叶松优势性状形成的调控。此外,结果也暗示在落叶松种内杂交中即使亲本遗传背景高度相似,但如果二者在表观遗传学如DNA甲基化修饰层面表现出适当杂合性,其也具有形成杂种优势的潜力。相关研究对进一步从表观遗传学角度揭示落叶松杂种优势形成的内在机制,指导落叶松杂交育种具有重要意义。更多还原