摘要
多倍化是物种形成和进化的重要驱动力之一，普通小麦（Triticumaestivum）是异源六倍体，它的形成经历了两次异源多倍化事件。异源多倍体形成过程中伴随着遗传及表观遗传的变异来应对“基因组冲击”。全面系统地研究组蛋白修饰的变异有助于阐明异源六倍体小麦的形成和基因组进化机制，并对揭示其进化过程中表型变异的分子基础有重要意义。本研究对小麦进化过程不同倍性材料包括A基因组供体二倍体乌拉尔图小麦（Triticumurartu，AA）、D基因组供体二倍体粗山羊草(AegilopstauschiiDD)、野生二粒小麦（Triticumturgidumssp.dicoccoides，AABB）、硬粒小麦（TriticumturgidumL.ssp.durum，AABB）及普通小麦（Triticumaestivum，AABBDD）进行了免疫荧光及染色质免疫共沉淀结合高通量测序(ChIP-seq)和转录组高通量测序(RNA-seq)分析，在全基因组水平探究异源六倍体小麦形成过程中组蛋白修饰的变化及其对小麦异源多倍化过程中基因组稳定性的贡献。除组蛋白修饰外，DNA甲基化在动植物基因调控和维持基因组稳定性中发挥重要作用，RdDM(RNA-directedDNAmethylation)途径基因建立植物中的CG、CHG(H=A、T、C)和CHH甲基化。AGO4（Argonaute4）是RdDM途径中的重要蛋白，其与siRNA组成复合体后进一步招募DNA甲基转移酶DRM2（DomainRearrangedMethyltransferase2）进行DNA甲基化修饰。本研究利用CRISPR/Cas9基因编辑技术对小麦AGO4进行编辑，探究AGO4对小麦雌雄配子体发育的影响。主要研究结果如下: 1、组蛋白H3第27位赖氨酸二甲基化(H3K27me2)修饰水平随小麦倍性提高而逐渐上升。(1)对组蛋白修饰H3K27me3、H3K4me3、H3K9me2、H4K12ac及H3K27me2进行免疫荧光检测，结果显示H3K27me2主要分布在小麦染色体端部且随着多倍体化其荧光强度逐渐升高，其他四种修饰在小麦多倍体化过程中没有显著变化;(2)对H3K27me2及H3K27me3进行ChIP-seq分析，结果显示24.3％的H3K27me2峰的修饰水平在野生二粒小麦(wAABB)的A亚基因组比乌拉尔图小麦(AA)上调，仅有8.5％的峰修饰水平降低;普通小麦(AABBDD)的A和B亚基因组分别有9.6％和10.4％修饰水平比硬粒小麦(dAABB)升高，仅有1.8％和3.1％的峰降低;H3K27me3随小麦进化其修饰水平相对稳定;(3)H3K27me2修饰水平升高的部分原因是转座子在小麦进化过程中的逐渐扩增。 2、H3K27me2与转座子表达水平及重组率呈负相关。(1)82.1％的H3K27me2峰分布在小麦染色体端部转座子上，且与转座子表达水平显著负相关;(2)H3K27me2修饰水平在DNA双链断裂热点比临近位点显著降低，重组热点主要富集在H3K27me2修饰的“低谷”区域。 3、在小麦基因组上H3K27me2与H3K27me3互斥，且H3K27me2与H3K9me2有各自功能分区。(1)在小麦中分别鉴定到65，519和159，091个H3K27me2和H3K27me3的峰，两者之间仅有2165个峰重叠;(2)H3K27me2和H3K27me3在转座子的分布互斥;(3)H3K27me2与H3K9me2功能类似，即抑制转座子的激活及重组，但是H3K9me2主要分布在着丝粒及近着丝粒异染色质区域，H3K27me2主要分布在小麦染色体端部常染色质区域。 4、H3K27me3调控小麦基因的进化。(1)18.4％的H3K27me3峰分布在基因及其上下游，并抑制基因表达;(2)在小麦进化过程的不同材料中共有的H3K27me3靶基因表达水平较低且启动子区域有较高的序列保守性，并参与非生物胁迫、生殖生长、次级代谢等生物学过程;不保守的靶基因主要参与响应内源刺激、花粉与雌蕊互作等生物学过程;(3)H3K27me3靶基因富含转录因子，且偏向修饰MADS转录因子家族基因。 5、利用CRISPR/cas9基因编辑技术编辑小麦AGO4，结果显示AGO4调控小麦雌雄配子体发育。(1)ago4植株株高及籽粒发育等性状不受影响;(2)ago4植株小孢子母细胞减数分裂过程异常，在减数分裂过程中观察到染色体桥、单价体等异常表型，且荧光原位杂交结果显示4B染色体出现异常的频率最高;(3)ago4植株雌配子体发育异常，1.5％的胚囊出现两个卵细胞，两个卵细胞都能受精发育成双胚种并在发芽后长成双培苗。
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