摘要
小麦具有悠久的种植历史，在全世界范围内作为主要的粮食作物为人类的生存服务已久，现今广泛使用的小麦是一个典型的多倍体物种，它的基因组由三个亚基因组组合而成，主要归因于两次进化事件，一次是在二倍体祖先，Triticum urartu(基因组AA)与已灭绝的山羊草祖先(基因组SS～BB)的杂交产生了异源四倍体的二粒小麦，另一次是T.turgidum与Aegilops tauschii(基因组DD)杂交形成了六倍体的普通小麦。因此，自然的异源六倍体小麦是来自同一祖先的三种二倍体在2.5.4.5Mya前产生的，这也就可以解释为何三种二倍体亚种间两两杂交仍能收获可育种子。但在实际考察中，我们发现在四倍化过程中，只有近似于SSAA的组合才能在自然界中存在，虽已有报道但对其机理研究尚未透彻。 本实验室通过人工合成AADD、SlSlAA两种四倍体，模拟自然界中这两种四倍体刚形成时高世代的状态，对其进行了生物信息学研究以期探究AADD组合方式进化失败的原因。本研究以实验室生物信息学研究为指导，从AADD、SISlAA两种材料及其亲本的胚乳发育性状出发，通过一系列生理生化、细胞学实验测定并比较了材料间表型、淀粉含量、程序性细胞死亡(PCD)等方面的差异。实验发现AADD与亲本相比在粒长、粒宽等表型上未表现出与亲本中亲值的明显差距，而SISlAA中这些性状相比亲本中亲值呈极显著上调状态。AADD的胚乳PCD较其亲本更晚，而SlSlAA较亲本更早。SlSlAA干种子淀粉含量比其亲本有显著上升，但AADD非但没有表现出上升的加倍优势，反而低于亲本的中亲值。本实验通过组蛋白免疫杂交分析了各材料中组蛋白甲基化情况，发现AADD中H3K9me2程度较亲本中亲值下降了22％，呈极显著差异，而SlSlAA则未出现相比中亲值的明显降低。这一结果验证了本实验室RNA-seq分析中发现:AADD中许多水稻甲基化转移酶同源基因出现差异表达。证实了AADD中H3K9甲基化水平相比亲本确实出现了显著改变。为AADD进化失败的可能原因提供了新的实验证据。
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