喜旱莲子草表型可塑性变异的表观遗传调控机制及其适应意义

喜旱莲子草（Alternanthera philoxeroides）是外来入侵种，对不同水陆环境有广泛的适应性，但种内遗传分化程度很低，主要依靠极强的表型可塑性侵占不同生境。前期研究结果显示不同环境中生长的喜旱莲子草不仅在形态和生理特征上表现明显的表型可塑性变异，而且基因组甲基化修饰状态也有明显差异，并能在外界环境因素刺激下发生迅速的可逆性改变；通过de novo转录组分析，发现了一批在不同水分环境中明显差异表达的基因。本项目拟在已有工作基础上，筛选部分功能明确并具有显著表型效应的基因，检测其在不同环境下的甲基化修饰状态和在不同组织器官中的表达式样，分析与不同生理代谢途径、不同发育模式以及与不同环境因子的关联，在一定程度上阐明表观遗传调控体系在喜旱莲子草表型可塑性反应中的调节作用，为探讨喜旱莲子草适应性发展的分子基础及其对入侵力的影响提供证据。

喜旱莲子草（Alternanthera philoxeroides）是外来入侵种，对不同水陆环境有广泛的适应性，但种内遗传分化程度很低，主要依靠极强的表型可塑性侵占不同生境，对该物种表型可塑性变异的分子基础和快速适应不同生境的机制尚缺乏深入研究。在本项研究中，通过de novo转录组分析，发现了一批在不同水陆环境中明显差异表达的基因；基于功能注释，发现这些基因与淹水条件下喜旱莲子草茎通气组织发育、节间伸长生长、以及细胞渗透势调节等明显关联。对水处理不同阶段、不同组织器官中基因差异表达式样进行比较，发现不仅不同组织器官中差异表达的基因类型及其差异表达量不尽相同，而且在水处理不同阶段也显现不同的差异表达模式。运用定量PCR方法检测16个DNA甲基化调控基因在不同处理条件下的表达水平和变化趋势，发现多数基因在不同处理时间点的表达水平有明显变化，且在水淹植株中多数基因在处理前期被强烈诱导上调。运用亚硫酸氢钠测序技术对两个在不同水陆处理条件下明显差异表达基因的上游启动子区甲基化动态进行分析，发现多个胞嘧啶位点的甲基化修饰状态在不同处理条件下以及不同处理时期呈现快速且可逆的动态变化。通过miRNA高通量测序分析，鉴定出水淹条件下特异表达miRNA183个，其中：有54个已知miRNA在淹水处理不同时期表达水平有明显变化，另有21个喜旱莲子草特异的miRNA也在淹水处理不同时期明显差异表达。本项目研究成果为探讨喜旱莲子草适应性发展的分子基础、阐明表观遗传调控体系在喜旱莲子草表型可塑性反应中的调节作用提供了依据。