5-氮杂胞苷(5-azaC)对盐胁迫下小麦幼苗生理特性及DNA甲基化的影响

来源 :石河子大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:oyjing
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目的:小麦是重要的粮食作物之一。随着非生物胁迫对种植环境的不断影响,土壤盐渍化成为制约小麦产量和品质发展的重要原因。DNA甲基化作为主要的表观遗传修饰,在植物抵抗非生物胁迫中起调控作用。分析耐盐性不同的春小麦品种生理特性变化及DNA甲基化差异表达模式,从生理和表观遗传学角度揭示DNA甲基化的改变与小麦在盐胁迫条件下抵抗逆境能力的相关性,为DNA甲基化调控小麦耐盐性研究提供理论依据。方法:本研究选择耐盐性较好的新春11号和盐敏感的新春6号品种,通过5-azaC(DNA甲基化抑制剂)预处理小麦种子再利用NaCl模拟盐胁迫,对其部分农艺性状及生理特性进行分析;利用甲基化敏感扩增多态性技术(MSAP)和MethyTarget目标区域甲基化测序技术分别对基因组DNA甲基化和特定基因位点DNA甲基化进行分析,实时荧光定量检测耐盐相关基因的相对表达水平。结果:1、5-azaC处理小麦种子后可显著抑制幼苗根长生长,显著降低根系鲜、干重。盐胁迫下5-azaC可显著降低小麦株高,对穗长、穗粒数和穗粒重无显著影响。与盐胁迫相比,5-azaC处理后,新春11号叶片净光合速率显著下降,蒸腾速率、气孔导度下降幅度减缓,胞间CO2浓度无显著差异;新春6号蒸腾速率、气孔导度、胞间CO2浓度显著下降,叶片净光合速率无显著差异。5-azaC处理可显著减少盐胁迫后小麦叶片丙二醛(MDA)含量,显著提高新春6号小麦幼苗叶片中脯氨酸和可溶性糖含量,而对新春11号影响不大;显著增强新春11号过氧化物酶(POD)活性,新春6号超氧化物歧化酶(SOD)和过氧化氢酶(CAT)活性。2、甲基化敏感扩增多态性(MSAP)分析发现,5-azaC预处理材料经盐胁迫处理后DNA甲基化水平呈下降趋势。盐胁迫后基因组同时发生DNA去甲基化和DNA甲基化。盐敏感品种新春6号DNA去甲基化比率上升,DNA甲基化增加的比率下降;耐盐品种新春11号DNA去甲基化比率和DNA甲基化增加的比率均上升,但DNA去甲基化比率大于DNA甲基化增加的比率,5-azaC处理后提高了盐胁迫条件下DNA去甲基化的比率。DNA甲基化差异修饰位点序列分析发现,核糖体亚基蛋白、蛋白激酶和转座子序列均存在DNA甲基化修饰现象。3、重亚硫酸盐处理样本后对3个耐盐相关基因测序,发现甲基化主要集中发生在CG位点,占所有类型的40%以上,其次为CHG,CHH类型。盐胁迫后新春6号甲基化率表现为先上升后下降,新春11号甲基化率表现为先下降后上升,5-azaC处理后两品种的甲基化率和对照水平接近。5-azaC和盐胁迫共同处理与单独盐胁迫相比,新春6号比新春11号有更多甲基化差异位点的产生。在甲基化程度大于50%的12个位点中,新春6号有10个位点大于新春11号。盐胁迫后耐盐相关基因TaHAK1和TaSTK的表达量较对照显著上升,新春11号相对表达量始终高于新春6号。结论:5-azaC会抑制小麦根长的生长,造成小麦植株矮化,提高盐胁迫下小麦叶片的抗氧化酶活性,缓解盐胁迫负效应,小麦品种对5-azaC的敏感性与其基因型有关。盐胁迫引起基因组DNA去甲基化为主,5-azaC预处理提高了盐胁迫条件下DNA去甲基化的比率。甲基化差异修饰位点序列分析发现存在多种代谢途径共同参与了盐胁迫调控。对耐盐相关基因分析可知,盐胁迫后5-azaC预处理材料甲基化率和对照水平相近,5-azaC预处理可减轻盐胁迫对小麦造成的负效应,同时甲基化程度的高低在基因的转录调控中发挥一定作用。
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