表观遗传与巴西橡胶树自根幼态无性系高产的分子机制研究

与传统的橡胶树芽接树相比，橡胶树自根幼态无性系植株具有生长速度快、干胶产量高和抗逆性强等特点，自根幼态无性系很可能成为橡胶树未来主要的种植材料。以前对橡胶树自根幼态无性系高产的研究主要集中在形态学观察、排胶生理参数等方面，缺少遗传学和分子生物学的证据。申请者在前一个国家自然科学基金项目的资助下开展了橡胶树自根幼态无性系高产的分子基础的研究，证实了橡胶树自根幼态无性系与老态无性系的基因组DNA之间存在甲基化多态性的差异及自根幼态无性系和老态无性系的胶乳中存在基因和蛋白表达的差异，推测DNA甲基化的差异是造成自根幼态无性系和老态无性系之间差异的主要原因，但具体的调节机制还不清楚。本项目拟从表观遗传的角度进一步对橡胶树自根幼态无性系高产的原因进行研究，一方面可以阐明橡胶树自根幼态无性系高产的分子机制，另一方面为推动橡胶树幼态无性系种植材料的推广和应用提供理论基础。

橡胶树自根幼态无性系植株具有生长速度快、干胶产量高和抗逆性强等特点，自根幼态无性系很可能成为橡胶树未来主要的种植材料。以前对橡胶树自根幼态无性系高产的研究主要集中在形态学观察、排胶生理参数等方面，缺少遗传学和分子生物学的证据。本项目对橡胶树体细胞胚发生（组织培养）过程中基因组DNA的甲基化、胞嘧啶甲基转移酶基因在自根幼态无性系和老态无性系中的表达、DNA甲基化调节橡胶树产胶和排胶相关基因的表达等分析了橡胶树自根幼态无性系高产的原因。主要结果如下：（1）在巴西橡胶树体细胞胚发生过程中不同阶段的DNA 甲基化程度不同，以花药的DNA 甲基化程度最高，体细胞胚的DNA 甲基化水平最低。在体细胞胚发生过程中出现了I、Ⅱ和Ⅲ 3 种类型的甲基化多态性带型的改变，包括他们的出现与消失。因此，橡胶树体细胞胚发生过程中可能通过DNA 甲基化甲基化和去甲基化来调控基因的表达。 (2)证明了橡胶树自根幼态无性系和供体胶乳中差异表达的基因和蛋白，并对相关并对相关差异基因和蛋白进行了研究，这些差异基因和蛋白涉及天然橡胶生物合成与调控等方面。在自根幼态无性系和供体老态无性系胶乳中差异表达的是导致两者在形态和产量差异产生的原因。(3)证明了橡胶树自根幼态无性系和供体间DNA 甲基化的差异以及在天然橡胶生物合成途径关键酶基因启动子区域DNA甲基化的差异存在差异，这些差异导致在橡胶树自根幼态无性系与老态无性系之间基因和蛋白表达的差异。（4）发现在橡胶树自根幼态无性系与供体中存在组蛋白乙酰化和去乙酰化酶基因、组蛋白甲基化与甲基化酶基因的差异表达，表明在橡胶树自根幼态无性系与供体间存在组蛋白修饰的差异。这些结果为阐明橡胶树自根幼态无性系高产的分子机制奠定了基础，同时对推动橡胶树自根幼态无性系种植材料的推广和应用将具有重要的实践意义。