DNA甲基化调控机制在欧美107杨应对气候变化中的作用

特殊的环境条件刺激能引起植物发生可遗传的甲基化变异。DNA甲基化作为植物体潜在的基本的基因组防御体系，它能通过表观基因组的改变来调整植物的生理机能，对外界刺激做出应答。全球CO2浓度增高以及其造成的全球变暖对树木的影响已成为当前林木育种研究的一个热点。本项目拟在前期生理和基因表达谱分析的基础上，运用基于新一代测序仪的MeDIP-seq技术检测正常生长条件与模拟气候变化条件下欧美107杨叶片DNA甲基化片段的差异，结合前期研究中得到的转录组水平上表达差异的数据，探讨DNA甲基化在差异基因表达调控中的作用，筛选并获得启动子区DNA甲基化变化与基因表达变化呈负相关的基因；并利用Bisulfite测序、Western Blot、染色质免疫共沉淀和报告基因系统分析技术，检测转录因子的调控活性，探讨表观遗传调控机制在欧美107杨应对气候变化中的作用，为从表观遗传的角度提高物种的气候适应性提供基础数据。

本项目运用MeDIP-seq技术对正常生长条件与模拟气候变化（不同二氧化碳浓度和温度梯度变化）条件下处理3个月的欧美107杨树叶片和根的DNA甲基化片段进行了测序分析，通过将MeDIP-Seq序列与已知的参考基因组比对，得到了不同处理和不同组织间甲基化片段在全基因组每条染色体上的分布和不同覆盖深度的CpG/CHG/CHH位点在全基因组的CpG/CHG/CHH位点中所占比例，同时分析了MeDIP-Seq测序reads在5种基因组功能元件上的分布以及基于不同基因元件的差异基因数目。通过组间两两比较分析，筛选到一批启动子区（基因上游2k）DNA甲基化变化显著的基因。通过对筛选到的启动子区DNA甲基化变化的基因与基因芯片表达谱筛选到的差异显著的基因进行变化趋势负相关分析，我们分别在欧美107杨树叶片和根中筛选得到了4个和3个差异候选基因。叶片中4个基因功能涉及脂代谢、多糖合成和代谢以及谷胱甘肽代谢，根中3个基因功能包括转录因子、钙结合蛋白以及半乳糖氧化酶类。进而，我们使用sequenom®MassArray飞行质谱分析系统对筛选到的7个目的基因的启动子区在处理组和对照组的DNA甲基化差异进行了具体位点检测，质谱检测结果表明这7个基因启动子区部分位点的DNA甲基化程度在不同样本中均有存在一定差异，说明不同处理条件、不同组织间均存在DNA甲基化程度的差异。这些进一步验证了表观遗传（DNA甲基化）调控在欧美107杨应对气候变化中的作用。