小麦渐渗系cDNA序列的遗传及表观遗传变异与抗逆新基因形成的研究

我们创立了小麦优质、耐逆等体细胞杂种渐渗系。根据前期的研究工作，发现渐渗系的部分EST、基因家族及单个基因高频率的变异，已经证明部分基因的变异与优质或耐逆相关；同时还发现基因组发生甲基化修饰及基因表达模式的变异。本项目以耐逆渐渗系山融3号为材料，通过对全长cDNA文库进行测序和分析，鉴定出杂种和亲本差异的cDNA并分析变异类型及频率。同时，利用测定的cDNA序列并结合逆境胁迫SSH文库和基因芯片信息，克隆逆境胁迫差异表达cDNA；进一步对序列变异及逆境胁迫表达差异基因进行甲基化修饰位点测定，比较DNA编码区甲基化与基因组DNA变异及基因差异表达之间的关系，分析表观遗传变异对耐逆基因表达的影响及机制。另外，从筛选到的差异表达基因中挑选2个胁迫抗性相关基因进行转基因功能鉴定。所得结果与自然进化的变异类型及频率比较，探讨体细胞杂种渐渗系基因组高频率变异产生的机制，同时发掘重要耐逆新基因。

通过对山融3号和济南177 cDNA文库的测序及序列比对分析发现非对称体细胞杂交可以引起高频率的基因组序列变异。我们进一步检测了山融3号和济南177全基因组DNA甲基化水平，发现有13个位点的甲基化状态在正常生长的SR3和盐胁迫处理的JN177中表现一致，这些位点可能与SR3的高耐盐性具有一定的相关性。我们发现山融3号和济南177中盐胁迫响应基因的DNA甲基化修饰也表现出一定的差异。在基因编码区和启动子区均观察到了盐胁迫诱导的DNA甲基化变化，但是只有启动子区的甲基化修饰与基因表达量有关。我们将筛选到的受表观遗传调控的盐胁迫响应基因TaFLS1和TaWRSI5在拟南芥中进行了异源表达，结果显示它们都可以提高拟南芥植株的耐盐性。这些研究结果表明DNA甲基化变化时植物响应逆境胁迫的重要手段，体细胞杂交诱导的DNA甲基化变化对山融3号的耐盐性有重要贡献。