同核异质水稻DNA甲基化和基因表达差异研究

植物细胞质基因组虽然受核基因组支配，但对核基因组具有调节作用。最新研究证实作物正反交后代存在甲基化修饰水平上的差异，表明胞质不同会影响到核基因组的甲基化修饰。目前国内三系杂交稻生产上主要应用的几类不育胞质来源不同，相关研究表明它们对表型的影响存在差异，但迄今未从胞质影响核基因组的甲基化修饰角度来寻求证据。本项目拟选取具有代表性的四类不育胞质（野败型、D型、冈型、印水型），通过建立同核异质不育系体系，利用MSAP技术分析同核异质水稻核基因组的甲基化多态性并进行必要的亚硫酸盐测序验证；利用cDNA-AFLP技术分析同核异质水稻核基因表达水平上的多态性并进行相应的定量PCR验证；对同核异质水稻稳定的多态性位点测序，分析其可能的生物学功能。通过本项目研究，我们可以明确同核异质水稻在核基因组甲基化以及基因表达水平上的差异，探讨不同胞质所带来的可能生物学性状差异，为合理选择杂交稻不育胞质提供理论依据。

细胞质雄性不育和核基因控制的育性恢复是广泛应用于作物杂种优势利用的遗传工具，然而对于这种质核互作的分子机制还不是很清楚。本实验利用4种重要的雄性不育胞质的代表：金23A（野败型）、G46A（冈型）、D62A（D型）、Ⅱ-32A（印水型）作胞质供体，对应保持系为核供体，育成了四套同核异质体；每份同核异质体材料分别和恢复系蜀恢527杂交，共组配成16个F1组合。从农艺性状和基因组DNA甲基化修饰水平上，分别研究了不同胞质对亲本和杂交F1代的影响。结果如下：.1）对同核异质不育系和对应保持系的田间观察和农艺性状调查，发现它们在营养生长期表型差异不明显；从始穗期以后，同核异质不育系与对应保持系开始表现出明显的差异，主要表现在对应不育系生育期延长，花粉不育，株高变矮，还存在严重的包颈现象等。.2）对同核异质不育系和对应保持系分别与恢复系R527杂交后代F1的田间观察和农艺性状调查，发现A/R(同核异质不育系/R527)和相应的B/R(保持系/R527)相比，在花粉育性上差异最显著，育性低10%以上，另外在株高、穗颈长、生育期等性状上亦有差异，表现为株高稍矮、穗颈长变短、生育期稍长，其他农艺性状差异不显著。对亲本及对应F1的表型数据分析显示同核异质不育系和对应保持系表型上的差异依然在F1中延续，但恢复系R527将这种差异显著缩小。.3）比较同核异质不育系和保持系亲本间的甲基化水平，发现胞质不同对亲本DNA甲基化是有影响的，具体表现在：亲本中保持系D62B的Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ型甲基化都比4个不育系多，这样导致D62B在总的甲基化水平和全甲基化水平上都高于同核异质的不育系。F1中含保持系胞质的D62B/R在总的甲基化水平和全甲基化水平上都略微高于同核异质的不育系；而在Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ型甲基化中表现并不同于亲本，相较于4组不育胞质F1，并没有表现出明显的优势。说明不育胞质相较于可育胞质能降低核基因组DNA甲基化，不育胞质对核基因组DNA甲基化的降低在恢复基因的引入后得到一定的恢复。.4）比较不育胞质和可育胞质间甲基化多态性，即4个不育系都与保持系不同的条带，亲本间以及杂交种间的多态性位点分别为14和21，多态率分别为2.82%和4.02%。这直接表明了胞质不同导致核基因组甲基化存在差异。.本项目实施期间，在《molecular breeding》杂志上发表文章一篇，培养硕士研究生2名。