基本信息
- 项目名称：
- 柱穗山羊草杀配子染色体2C的甲基化功能分析
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 生命科学
- 大类：
- 自然科学类学术论文
- 简介：
- 小麦是世界上重要的粮食作物之一，小麦的生产对国民经济发展有十分重要的意义。已有研究表明，DNA甲基化对杀配子机制有直接的影响，因此，深入研究DNA甲基化对杀配子染色体作用机制所产生的影响对于更好的发挥各种杀配子染色体在小麦遗传育种中的作用具有重大意义。本文通过改变杀配子染色体的DNA甲基化程度，对含有杀配子染色体2C的小麦品系进行细胞遗传学以及甲基化水平鉴定，期待为促进小麦的品种改良奠定基础。
- 详细介绍：
- 小麦是世界上重要的粮食作物之一，小麦的生产对国民经济发展有十分重要的战略意义。我国的小麦产量连年显著提高，这与小麦的品种改良是分不开的。小麦的近缘物种中存在着大量的遗传变异，是小麦改良可以利用的优异基因资源，将这些优异基因导入小麦一直是遗传学家和育种学家经久不衰的研究课题。已有研究表明，DNA甲基化对杀配子机制有直接的影响，因此，深入研究DNA甲基化对杀配子染色体作用机制所产生的影响对于更好的发挥各种杀配子染色体在小麦遗传育种中的作用具有重大意义。本文以普通小麦“中国春”（Chinese Spring）及中国春杀配子染色体2C二体附加系（CS-2C2C）为材料，利用5-氮胞苷（5-AC）处理改变小麦基因组甲基化水平，采用细胞学方法研究甲基化水平与染色体畸变之间的关系；采用高效液相色谱法（HPLC）研究杀配子引起染色体异常时基因组甲基化水平的变化趋势。期望通过本研究得出杀配子染色体与DNA甲基化修饰之间的一些具有启发性的结论，为进一步利用杀配子染色体诱导小麦与外源染色体的易位，促进小麦的品种改良奠定基础。
作品专业信息
撰写目的和基本思路
- 目的： 本文试图阐明DNA甲基化在杀配子染色体作用机制中的作用。期望通过本研究为进一步利用杀配子染色体诱导小麦与外源染色体的易位，促进小麦的品种改良奠定基础。 作品设计基本思路： 以普通小麦“中国春”及中国春杀配子染色体2C二体附加系（CS-2C2C）为材料，利用5-氮胞苷（5-AC）处理改变小麦基因组甲基化水平，采用细胞学方法和高效液相色谱法（HPLC）进行研究。
科学性、先进性及独特之处
- ① 国外对DNA甲基化在杀配子机制中的作用的深入研究较少。 ② 目前，DNA甲基化修饰在小麦育种中的研究还鲜有报道。
应用价值和现实意义
- 小麦是世界上重要的粮食作物之一，小麦的生产对国民经济发展有十分重要的战略意义。小麦的近缘物种中存在着大量的遗传变异，是小麦改良可以利用的优异基因资源，将这些优异基因导入小麦一直是遗传学家和育种学家经久不衰的研究课题。随着人民生活水平的提高和现代农业的发展，对新品种选育将会提出更多和更高的要求。因此，对小麦新品种选育的方法和手段进行创新显得尤为重要。
学术论文摘要
- 通过检测DNA甲基化我们发现来自于柱穗山羊草的杀配子染色体2C在配子缺少它们的时候可以引起染色体断裂，所以我们用它来分析DNA甲基化和杀配子作用之间的关系。用不同浓度的去甲基化试剂5-AC处理带有杀配子染色体2C的普通小麦的根尖，观察到了染色体的畸变以及微核。这个结果表明经过5-AC处理诱导了CS-2C2C的宿主基因组不稳定，并且畸变的频率也随着5-AC处理浓度的增加而增加。此外，利用HPLC方法检测DNA甲基化水平的结果也显示CS-2C2C的甲基化水平高于CS。当用5-AC处理CS-2C2C时，检测到它的甲基化水平呈明显的下降趋势，同时在它的根尖中也看到了大量的畸变，畸变数量明显高于中国春。这显示了DNA甲基化保护了CS-2C2C 的断裂抑制功能或者抑制了杀配子系统的断裂诱导功能。当发生去甲基化作用的时候，杀配子染色体2C的断裂诱导功能将会起到诱导染色体断裂的作用。
获奖情况
- 无
鉴定结果
- 该作品目的明确，技术路线可行，创新点突出，同意申报
参考文献
- 1、细胞学 文献名称：J.I.Delas,I.P.King and J.S.Parker. 5-azacytidine induces chromosomal breakage in the root tips of wheat carrying the cuckoo chromosome 4SL from Aegilops sharonensis. Heredity, 2001, 87 (4): 474-479. 2、HPLC 文献名称：E.Horvath,G.Szalai,T.Janda, et al. Effect of vernalisation and azacytidine on the DNA methylation level in wheat (Triticum aestivum L.cv.Mv 15). Acta Biologica Szegediensis, 2002, 46 (3-4): 35-36
同类课题研究水平概述
- 杀配子染色体具有双重功能——断裂诱导作用和断裂抑制作用。目前为止，杀配子的作用机制还没有完全弄清楚，学术界的观点也尚未统一。Finch提出杀配子效应导致的染色体诱导畸变发生在受精之后。Endo认为杀配子染色体的作用时期可能是在减数分裂后，缺少杀配子染色体的减数孢子在配子形成过程中的有丝分裂时经历了染色体断裂。由这样的孢子形成的配子发生的染色体畸变是致死或半致死的。Nasuda认为杀配子染色体的表达时期发生在G1期，即减数分裂的末期和第一次花粉有丝分裂的S期之间。Tsujimoto和Noda发现了杀配子染色体的作用机制与细菌中的限制修饰系统有相似之处，并于2005年提出一种Gc模型用来解释小麦中配子形成以及合子细胞中发生的染色体断裂。当杀配子基因进入到小麦基因组后，杀配子基因同时产生了限制因子和一个类似于甲基化酶的修饰因子。经过减数分裂，孢子体产生了含有和不含有杀配子染色体的两种配子。当限制因子存在的时间比修饰因子存在的时间长时，不含有杀配子基因的配子通过某种方式获得了限制因子。由于该配子中不含有修饰因子，因此限制因子能够切开了它所识别的未被修饰的特异限制性位点，导致不含有Gc基因的配子发生染色体断裂，导致配子败育；而含有杀配子染色体的配子中的特异性识位点由于被杀配子基因释放的修饰因子保护，限制因子的断裂诱导功能被抑制。因此，含有Gc基因的配子就不发生染色体断裂，该配子正常可育。 在植物中，如果甲基化水平不足或缺少，便会导致许多生长发育的表型异常。将甲基转移酶反义基因METI分别转入拟南芥和烟草中，这些反义植物的DNA甲基化水平较对照组明显下降。由于甲基化水平的降低，反义植物及后代营养器官及生殖结构均表现出异常，而且不正常的类型与去甲基化程度有关，甲基化水平越低，表型异常现象越严重。反义植物除了外部形态发生改变之外，从营养生长向生殖生长转变的时间也发生了改变。这说明DNA甲基化是植物正常生长发育所必需的，在植物的生长发育进程的过程中起着关键的调控作用。 Finnegan等的研究表明：DNA甲基化可以通过改变春化作用促进开花。低温处理可促进开花，而用5-AC处理也可引起提早开花。说明春化促进开花可能是因为诱导开花有关的基因或其启动子发生去甲基化进行表达，又使抑制开花的基因重新甲基化而关闭表达，导致植物体内的生理生化状态发生改变，诱导植物提早开花。
