水稻的生产越来越受到水资源匮乏的限制,节水抗旱稻能够提高水分的利用效率减轻干旱带来的威胁。陆稻作为培育节水抗旱稻的重要材料在抗旱表型和基因组上与水稻有一定的差别。DNA甲基化作为表观遗传的重要方面,在植物抵御非生物胁迫、增强环境适应性中起着重要作用。本文采用甲基化敏感多态性(MSAP)技术研究了来自河北、江苏、广西和贵州的180份水稻和陆稻地方品种,分析了水稻、陆稻的表观遗传分化及在受到20%PEG胁迫与复水后的DNA甲基化变化的差异。此外,还比较了表观遗传分化与遗传分化之间的异同,测定了几个与渗透胁迫有关的表型指标。本研究的主要结果与结论如下:1.20%的PEG胁迫处理促使水稻DNA甲基化整体水平略有升高。非甲基化带型11在正常条件(CK)下占42.7%,受到PEG胁迫(OS)后减小为40.8%,外部胞嘧啶甲基化带型10在CK和OS中分别为18.4%、16.7%,超甲基化带型00的变化恰好相反,CK时为13.2%,OS时为17.0%。2.水稻、陆稻之间的多态性位点百分比差异要小于籼稻、粳稻之间的差异,粳稻中的多态性位点百分比都要高于籼稻。香农指数在各群体之间的差异不大。3.PEG处理使过半数的位点甲基化状态发生了改变但在几个群体中差异不大。处理前后粳陆、粳水、籼陆、籼水中去甲基化比例分别为22.96%、26.55%、23.69%、22.99%,甲基化比例为29.60%、26.36%、29.92%、30.95%。在甲基化状态变化过程中10-11/11-10这种条带变化比例最多,在未变化的位点中非甲基化状态比较稳定。4.CK、OS条件下表观遗传和基因组的主成分分析(PCA)结果分别共解释总变量的58.08%、51.70%、73.74%。表观遗传的PCA结果中,在CK条件下第一和第二主成分分别解释变量的37.11%、20.97%,在粳稻中水陆分化比较明显。遭受20%PEG胁迫之后,第一和第二主成分分别解释变量的34.51%、17.19%。在基因组的PCA结果中,第一和第二主成分分别解释变量的62.96%、10.78%。其中籼粳的结构明显,仅在粳稻中存在部分的水陆分化。PCA的结果与Structure的结果基本一致。这表明在长期的遗传进化中籼粳亚种间的分化程度要高于水陆且粳稻中水陆分化的程度大于籼稻,而PEG处理后粳水和粳陆的差异变小。5.在CK条件下,籼稻和粳稻中的水陆之间分别检测到77、94个选择性位点,OS条件下分别检测到82、89个。不管在CK还是OS条件下,籼稻、粳稻中水陆分化的选择性位点只存在极少部分的重合。6.粳水、粳陆在CK、OS条件下的选择性位点的表观遗传分化指数(Φst)为0.137和0.134,籼水、籼陆为0.187和0.137。来自同一区域的水陆材料之间的遗传分化指数(Fst)值小,而Φst则不同。CK与OS条件下表观遗传分化与降雨量有显著的相关关系(R2=0.902、p<0.01;R2=0.989、p<0.01),随着降雨量的增加表观遗传分化减小。7.CK条件下粳水的选择性位点的甲基化率要显著的高于粳陆的甲基化率(0.724,0.611,P<0.05),籼稻中也是如此(0.697,0.588,P<0.05),而在胁迫之后差异消失。我们推测在长期的进化过程中陆稻趋向于低甲基化状态,一些与抗旱相关的基因处于表达的预备状态中,当遇到胁迫时陆稻能更快、更容易的发生去甲基化,启动相关基因的表达。8.Mental分析显示在CK条件下粳水、粳陆中选择性位点、中性位点都与总抗氧化能力、双氧水等表型指标成显著相关(R2=0.008、P<0.01;R2=0.015、P<0.05),籼水、籼陆中也是如此(R2=0.064、P<0.01;R2=0.039、P<0.01)。说明正常条件下表观遗传在植物长期进化、表型的形成中扮演重要的角色。20%PEG处理之后无论在粳水、粳陆(R2=0.004、P<0.05)还是籼水、籼陆中(R2=0.029、P<0.01),处理条件下的选择性位点与处理后各个表型指标的数据呈显著相关。说明在表观遗传上存在受选择的位点在水稻、陆稻抵抗干旱胁迫中具有重要的作用。综上所述,本研究主要有以下重要的发现:1.水稻、陆稻整体的表观遗传分化程度不高,但在选择性位点上分化程度较高。2.表观遗传分化与降雨量存在显著相关,在一定范围内与降雨量成反比。3.水稻、陆稻应对胁迫反应的变化存在差异,与水稻相比陆稻在正常条件下处于低甲基化状态。推测当遇到胁迫时陆稻能更快、更容易的发生去甲基化,启动相关基因的表达。4.正常、胁迫条件下选择性位点数据与表型数据存在显著相关,说明在表观遗传上存在一些选择性位点在植物长期的进化中和面对胁迫时起着重要作用,可以形成特定的表型来增加对环境的适应性。