玉米自交系间器官/发育时期特异DNA甲基化差异与相关基因表达和杂种优势的关系

玉米是杂种优势利用最成功的农作物之一。研究杂种优势与双亲之间的遗传关系具有重要的理论和实践价值。但目前的研究表明，DNA分子标记与玉米杂种优势关联程度不高且结果不一致，因此基于此类分子标记的优势预测结果不理想。最近研究表明，玉米亲本间基于转录组的基因表达差异与籽粒产量优势相关显著，但该技术难度大且成本昂贵，难以用于育种实践。DNA甲基化是重要的表观遗传修饰且与基因表达密切相关，因此理论上有可能找到特定类型的DNA甲基化修饰与杂种优势之间的关系。我们前期研究发现，玉米亲本间CHG DNA甲基化差异与F1籽粒产量杂种优势相关显著。本研究拟以玉米骨干系为材料，综合应用多种DNA甲基化和基因表达检测方法，探讨自交系间不同器官的不同发育阶段特异DNA甲基化差异和相关基因表达与杂种优势三者之间的关系，以期初步建立玉米杂种优势亲本选配预测的新方法。本研究同时有助于揭示玉米杂种优势的表观遗传学基础。

研究玉米杂种优势与双亲之间的遗传关系具有重要的理论和实践价值。DNA分子标记与玉米杂种优势关联程度不高且结果不一致。玉米亲本间基于转录组的基因表达差异与籽粒产量优势相关显著，但该技术难度大且成本昂贵，难以用于育种实践。在国家自然科学基金面上项目资助下，我们利用自交系B73遗传背景下的17个玉米染色质重塑因子相关基因的转基因沉默系与Mo17配制的正反交杂交种，综合应用多种DNA甲基化和基因表达检测方法，较为深入地研究了表观遗传修饰和相关基因表达与杂种优势三者之间的关系。结果发现：(1)染色质重塑因子相关基因大多数（12/17）都影响了至少一种农艺性状的杂种优势，其中影响杂种优势较大基因有3个，分别是MBD108,SDG102和VEF101；(2)RNAi调节的染色质重塑因子家族在玉米杂种优势形成过程中具有重要作用，EMF2同源基因VEF101沉默对玉米自交系和杂交种的转录组产生不同的影响（VEF101沉默造成自交系2430个基因表达显著改变，正反交杂交种仅有128个和291个），VEF101沉默能增加杂交种非加性基因表达，VEF101沉默使杂种等位基因特异表达(allele specific expression)偏向某一亲本，VEF101基因可能参与H3K27me3的维持；(3)创制Hsp90基因的转基因沉默系和杂交种。本研究结果有助于揭示玉米杂种优势的表观遗传学基础。培养研究生6名，发表SCI收录研究论文1篇，荣获吉林省科技进步二等奖1项，完成计划书中考核指标。