高代培养下甘蔗茎尖脱毒苗及其后代LTR反转座子的遗传及表观遗传变异研究

Sugarcane is the most important sugar crop in China. Currently, variety degeneration and planting simplification limited the sugarcane production seriously. Cultivation of the stem tip virus-free seedlings of sugarcane was one of the effective measures to solve the problem. In order to reduce variations, the propagation generation was generally controlled around six. This leaded to low propagation efficiency, low promotion application speed, and costly. In addition, the high cultured stem tip virus-free seedlings of sugarcane and their offsprings had the increasing genetic and epigenetic variations. Till now, it is still unclear that what mechanisms caused the genetic and epigenetic variations. Based on the previous study work, this project aims to: 1) establish the high cultured propagation technology system of stem tip virus-free seedlings of sugarcane and their offsprings; 2) isolate the RT sequences and PBS-LTR sequences, and the corresponding full length sequences of LTR retrotransposons in sugarcane, and then establish the S-SAP, IRAP, REMAP and TMD techniques based on the identified LTR sequences in sugarcane; 3) explore the genetic and epigenetic variations of LTR retrotransposons in stem tip virus-free seedlings of sugarcane and their offsprings, and clarify the relationships between the insertion and methylation of LTR retrotransposons and the genetic and epigenetic variations of high cultured stem tip virus-free seedlings of sugarcane and their offsprings. This project will provide a theoretical basis for application of high cultured stem tip virus-free seedlings of sugarcane in production.

甘蔗是我国最主要的糖料作物，当前，种性退化和种植品种单一化严重制约着甘蔗生产，种植甘蔗茎尖脱毒苗是解决问题的有效措施之一，但为减少变异，繁殖代数一般控制在6代左右，致使繁育效率低、低推广应用速度和生产成本高，而高代培养条件下甘蔗茎尖脱毒苗及其后代的遗传及表观遗传变异增加，迄今，尚不清楚其变异机理。本项目计划在前期研究工作基础上，1）建立甘蔗茎尖脱毒苗及其后代高代培养繁育技术体系；2）分离甘蔗LTR反转座子的RT序列和PBS-LTR序列及其全长序列，基于鉴定的LTR序列建立甘蔗S-SAP、IRAP、REMAP和TMD技术体系；3)利用它们探究高代培养下甘蔗茎尖脱毒苗及其后代LTR反转座子的遗传及表观遗传变异特点，明确其遗传与表观遗传变异与LTR反转座子的插入及其甲基化之间的关系。本项目将为高代培养的甘蔗茎尖脱毒苗在生产上的应用提供理论依据。

甘蔗是我国最主要的糖料作物，但甘蔗存在种性退化和种植品种单一化，解决问题的有效措施是种植甘蔗脱毒苗，但甘蔗茎尖脱毒苗及其后代发生了遗传及表观遗传变异现象，且不清楚其变异机理。本项目建立了甘蔗脱毒组培苗繁育技术体系并实现了甘蔗脱毒苗在生产上的规模化广泛应用，通过iPBS技术和简并PCR技术获得了一大批甘蔗LTR反转录转座子的PBS-LTR序列和RT序列，并通过生物信息学分析（LTR_STRUC和LTR_FINDER）获得了甘蔗全基因组中大量LTR反转录转座子的全长序列，在此基础上设计了引物并已初步建立甘蔗LTR反转录转座子分子标记技术体系和LTR反转录转座子甲基化展示技术体系，已基本明确高代培养条件下甘蔗茎尖脱毒苗及其后代的遗传与表观遗传变异与LTR反转录转座子的插入及其甲基化之间的关系，还专门额外地率先在甘蔗上尝试并完成了大量跟本项目比较直接相关的基础研究，获得了大量研究结果和基础数据，并在研究过程中产生了一系列跟本项目密切相关的创新性思想和新技术，有些创新性思想和新技术已经完全成熟并具体方案化。本项目以第一作者或共同第一作者或通讯作者在国际英文和中文核心期刊上发表了9篇研究论文，以第一发明人申请国家专利15件，其中13件获得授权，以共同著作权人获得4项计算机软件著作权，以共同著作权人正在新申请2项计算机软件著作权，以第一成果登记人身份获得广西科技成果登记10项，培养甘蔗分子生物学研究学术骨干4名，储存了一大批甘蔗健康种苗研究与推广的关键先进技术，本项目将为甘蔗脱毒苗在生产上的应用提供理论依据，也为甘蔗转座子和分子生物学研究提供技术支撑。