《紫莖澤蘭耐冷快速演化向北入侵的表觀遺傳學機制》是強勝為項目負責人，南京農業大學為依託單位的面上項目。
基本介紹
- 中文名：紫莖澤蘭耐冷快速演化向北入侵的表觀遺傳學機制
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：強勝
- 依託單位：南京農業大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
外來惡性雜草紫莖澤蘭已入侵我國西南8省區，造成了嚴重的經濟損失和生態災難。研究發現其通過ICE1基因的去甲基化驅動了種群耐冷性的自然分化成功蔓延擴散，有持續向東北發達地區入侵的趨勢，因此潛在著更大的風險。本項目基於紫莖澤蘭耐冷性分化的表觀遺傳的前期基礎立題，繼續研究CBF冷回響轉錄途徑中除ICE1基因外其他關鍵基因的甲基化差異及其時空表達模式，明確通路中受甲基化調節的其它關鍵基因；比較研究ICE1基因與SIZ1或(和) HOS1、SAL1/FRY1、CPL1/FRY2、SFR6基因在轉錄和表達水平的協同效應，揭示CBF轉錄途徑的多基因表觀遺傳調節和基因甲基化互作機制；進一步通過研究紫莖澤蘭雜交及套袋自交後代ICE1基因的甲基化位點遺傳和變異，揭示耐冷通路的表觀遺傳及變異機制。充分闡明紫莖澤蘭種群耐冷性分化多基因調控的表觀遺傳學機制，為預測紫莖澤蘭的蔓延擴散範圍和防治其入侵提供理論依據。
結題摘要
儘管我們前期研究已揭示ICE1基因去甲基化介導CBF通路驅動紫莖澤蘭耐冷性分化，但不明確是否有其它基因也通過甲基化參與該通路的調控。因此，深入研究了CBF通路上泛素化/蘇素化基因AaSIZ1、AaHOS1的甲基化變異及其效應，研究發現紫莖澤蘭AaSIZ1、AaHOS1啟動子CHH甲基化與耐冷性、基因表達量顯著負相關，與AaICE1基因甲基化顯著正相關，說明CHH甲基化相向協同參與了紫莖澤蘭耐冷性調控。擬南芥的AtSIZ1、AtHOS1基因區甲基化也參與耐冷調控。首次揭示了SIZ1-HOS1啟動子CHH甲基化變異通過調節自身表達，影響ICE1蛋白穩定性，相向協同參與紫莖澤蘭耐冷調控，導致該草在入侵中國後快速適應性演化向北擴張的機制。針對尚不明確ICE1基因受甲基化調控決定耐冷多態性是否具有普遍規律，開展了擬南芥及雜草稻耐冷性分化的表觀遺傳機制研究。對37個擬南芥種群CBF通路基因與耐冷性分析發現，CBF通路中AtICE1甲基化變異度最高，且與表達量顯著負相關。對全國100個雜草稻及相應水稻耐冷性與OsICE1甲基化比較發現，僅啟動子CHG和CHH甲基化與耐冷性、緯度、生境溫度顯著負相關。綜合前期紫莖澤蘭的研究，首次明確了ICE1基因區和啟動子區可以同時甲基化，也可以僅是其中之一甲基化,調控ICE1基因表達，決定植物耐冷多態性的甲基化調控的多樣性。該發現對理解植物分布擴展及耐寒作物育種具有重要的理論和實踐價值。為明確ICE1基因甲基化位點遺傳和變異規律，還比較了紫莖澤蘭和擬南芥雜交及套袋自交後代ICE1基因甲基化程度。由於紫莖澤蘭生長周期長，研究代際間的表觀遺傳變異演化較慢，因此，我們利用模式植物擬南芥進行了研究,結果顯示，耐冷及冷敏感種群雜交及自交後代仍保留母本耐冷性狀，而中度耐冷種群雜交後代會發生耐冷性分化，這些與AtICE1基因甲基化遺傳變異相關。這為理解由ICE1基因甲基化遺傳變異介導的對耐冷多態性及環境溫度適應演化提供了理論基礎。項目執行期間，累計發表論文5篇，其中SCI論文2篇，專利3項，專著1部，培養研究生6名，制定了首個雜草檢疫國際標準，獲得教育部科技進步二等獎1項。
