芸薹属蔬菜嫁接获得的变异性状遗传规律及其分子机制

This project is on basis of acquiring sexual progenies with the phenotypic variation induced by grafting in Brassica (Brassica juncea and Brassica oleracea ).Firstly, in order to study the genetic regularity of epigenetic marks induced by grafting and the correlation with acquired Characters, MSAP was used to analyze the genomic DNA methylation of GS1 population(the first generation of chimera).Secondly, through analyzing the DNA methylation of epigenetic population without the alteration of DNA sequence constructed by hybridization of GS6 and Brassica juncea, polymorphic MSAP markers were linked with the alteration of leaf shape by using the single MSAP molecular marker analysis to clarify the relationship between the alteration of leaf shape and the variation loci of DNA methylation. Finally, small RNA sequencing and MeDIP-Seq were used to explore the expression of 24nt-siRNA in differentially methylated region of GS6 and Brassica juncea to illustrate the molecular mechanism that how heterologous small RNAs regulate DNA methylation. This project will clarify material basis, genetic rules and mechanism of acquired characters induced by grafting and provide a new theory of inheritance of acquired characters.

以芸薹属蔬菜榨菜与紫甘蓝嫁接嵌合体有性自交后代群体为材料，通过MSAP分析群体DNA甲基化的表观遗传结构，阐明嫁接诱导表观遗传标记与获得变异表型性状的相关性以及遗传规律；通过建立有性自交第六代GS6表观自交系epiIL，与亲本榨菜杂交创建DNA序列未改变的F2表观遗传群体，分析群体的基因组甲基化状态，将多态性标记与叶形变异等性状进行单标记关联分析以及候选基因的功能验证，明确DNA甲基化变异位点与变异性状的关系及其遗传机制；通过small RNA测序和DNA甲基化测序，找到榨菜和嵌合体有性后代全基因组DNA甲基化差异区域内的24nt-siRNA表达与异源small RNA转运的关系，阐明异源small RNA调控甲基化产生的分子机理。研究结果将明确嫁接获得变异性状遗传的物质基础，阐明甲基化调控变异表型性状产生的遗传规律与分子机制，为农作物嫁接“获得性遗传”理论提供确凿的分子证据。

园艺作物通过嫁接获得的变异性状在农业生产中经常被利用，对其机理的研究是国内外的热点之一。项目以榨菜与紫甘蓝嫁接嵌合体有性自交后代群体为材料。开展了嵌合体（TTC）有性自交后代群体MSAP分析、多态性标记与叶形变异等性状关联分析、全基因组甲基化测序和small RNA高通量测序及其关联分析。获得如下结果：（1）榨菜和紫甘蓝嫁接引起的DNA甲基化变异模式在嵌合体自交第一代（GS1）中同时存在共性和差异性，且DNA甲基化变异模式在有性自交过程中同时存在维持与回复两种模式，而嫁接获得的DNA甲基化变异与嫁接获得叶形及顶端分生组织变异性状之间存在一定关系；（2）分析了有性自交第六代（GS6）与榨菜杂交第二代（F2）群体的叶裂性状的分离情况，明确了DNA甲基化差异与叶裂刻性状之间关系，初步定位了叶裂刻基因；（3）嫁接获得的DNA甲基化变异可能是由嫁接交流过程中的siRNA变化引起。关键数据有：（1）GS1群体内个体的总甲基化水平存在着差异，与亲本榨菜相比，GS1的甲基化模式发生了不同程度的变化；（2）以嵌合体TTC有性自交后代GS2、GS3、GS4和GS5为实验材料，通过MSAP对嫁接获得的共性DNA甲基化变异的遗传规律研究，发现在32条共性变异片段（uDMF）中，24条能稳定的从GS1遗传至GS5，其他8条随着有性自交逐渐回复至原始甲基化状态；（3）通过small RNA测序分析嵌合体有性后代GS1、GS3和GS5的差异甲基化区域内24nt-siRNA表达量的高低，发现GS1、GS3和GS5的uDMF9的总甲基化水平和CHH甲基化水平与亲本相比都下降了，与siRNA下调表达的结果一致。项目增加了变异性状在无性后代中遗传规律及其与甲基化变化及维持之间的关系的研究。结果发现：嵌合体（TCC）无性后代r-CCC4和对照材料r-s-CCC4相比，CHH类型胞嘧啶的甲基化水平和比例升高，尤其是转座元件等重复序列，同时明确基因LOC106335792和LOC106311786可能为蜡质含量变异的候选基因；r-CCCn中65%的特异siRNA与重复元件相关，而且重复元件相关siRNA靶定区域的CHH类型胞嘧啶在嵌合体无性后代中表现为高甲基化修饰。.项目明确了嫁接获得变异性状遗传的物质基础，阐明甲基化调控变异表型性状产生的遗传规律与分子机制，研究结果为农作物嫁接“获得性遗传”理论提供确凿分子