摘 要：DNA甲基化是植物重要的表觀遺傳修飾方式之一，在響應(yīng)逆境脅迫中具有重要作用，但是有關(guān)鎘脅迫下植物DNA甲基化水平變化的報(bào)道甚少。本研究以紅麻P3A為材料，采用水培法對(duì)幼苗進(jìn)行300μmolL-1的CdCl2處理，測(cè)定幼苗農(nóng)藝性狀及鎘含量；利用甲基化敏感擴(kuò)增多態(tài)性技術(shù)分析鎘脅迫下根系DNA甲基化水平變化；回收甲基化差異片段并克隆測(cè)序，采用qRT-PCR技術(shù)對(duì)DNA甲基化差異基因的表達(dá)量進(jìn)行分析。結(jié)果表明，CdCl2脅迫顯著抑制紅麻幼苗的株高、莖粗、根長(zhǎng)、根表面積以及全鮮重。對(duì)照及鎘處理下幼苗根系的DNA甲基化率分別為62.78%、68.23%，其中全甲基化率分別為37.50%、36.36%，半甲基化率分別為25.28%、31.87%，表明鎘脅迫顯著提高紅麻幼苗根系的DNA甲基化水平。qRT-PCR分析表明，7個(gè)與抗性密切相關(guān)的DNA甲基化差異基因也存在表達(dá)量的差異，推測(cè)DNA甲基化水平變化在響應(yīng)紅麻鎘脅迫中發(fā)揮重要作用。本結(jié)果為深入探索DNA甲基化響應(yīng)植物鎘脅迫的潛在機(jī)制提供了理論基礎(chǔ)。
關(guān)鍵詞：紅麻；鎘脅迫；DNA甲基化；甲基化敏感擴(kuò)增多態(tài)性(MSAP)；實(shí)時(shí)熒光定量PCR(qRT-PCR)
鎘是植物生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中的非必需微量元素，不僅影響植物生長(zhǎng)發(fā)育，過(guò)量的鎘還會(huì)造成植物死亡，并且通過(guò)在植物體內(nèi)積累被食用后會(huì)威脅人類的生命健康。因此，植物對(duì)重金屬鎘的吸收是環(huán)境污染研究領(lǐng)域的一個(gè)熱點(diǎn)問(wèn)題[1]。紅麻是世界上重要的韌皮纖維作物，主要用于紡織、造紙、建材和飼料等方面，是一種多用途作物[2]。紅麻生長(zhǎng)速度快、生物量大、對(duì)重金屬具有極強(qiáng)的吸附力和耐受性，是重金屬污染土壤良好的替代種植材料[3]。
DNA甲基化在維持基因組穩(wěn)定性、調(diào)控基因表達(dá)和響應(yīng)生物及非生物脅迫等方面具有重要作用[4,5]。甲基化敏感擴(kuò)增多態(tài)性)技術(shù)是在擴(kuò)增片段長(zhǎng)度多態(tài)性技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展而來(lái)的，它與AFLP同樣基于PCR擴(kuò)增多態(tài)性，不同的是MSAP技術(shù)利用2種識(shí)別CCGG序列的同裂酶HpaII和MspI，替換了AFLP分析中識(shí)別4堿基的內(nèi)切酶MseI，并且MSAP技術(shù)操作簡(jiǎn)單、多態(tài)性高，已成功應(yīng)用于檢測(cè)多種植物基因組DNA甲基化水平變化中[6，7]。張凱凱等[8]利用MSAP技術(shù)檢測(cè)不同濃度鎘脅迫對(duì)孔雀草基因組DNA甲基化水平的變化發(fā)現(xiàn)，其甲基化水平隨著鎘濃度的提高而上升，甲基化模式變化主要以重新甲基化為主，并推測(cè)孔雀草受到環(huán)境中重金屬脅迫時(shí)，植物體通過(guò)改變DNA甲基化來(lái)調(diào)控基因的表達(dá)，以應(yīng)對(duì)不良環(huán)境對(duì)自身的影響，從而達(dá)到抵御重金屬脅迫的作用。李照令等[9]運(yùn)用MSAP技術(shù)發(fā)現(xiàn)，隨著鎘脅迫濃度的升高，擬南芥基因組DNA甲基化水平逐漸降低，但均高于對(duì)照，且基因組去甲基化位點(diǎn)增多。有研究表明，鎘脅迫能夠引起DNA總甲基化水平提高[10]，也有研究發(fā)現(xiàn)鎘脅迫處理后DNA甲基化水平降低[11]。上述研究結(jié)果表明DNA甲基化水平變化和響應(yīng)非生物脅迫機(jī)制的復(fù)雜性。
紅麻響應(yīng)鎘脅迫的相關(guān)研究報(bào)道主要集中在農(nóng)藝性狀及多組學(xué)研究上，但有關(guān)DNA甲基化響應(yīng)紅麻鎘脅迫的研究尚未見(jiàn)報(bào)道。本試驗(yàn)前期對(duì)紅麻幼苗P3A進(jìn)行不同濃度(0、100、200、300、600μmolL-1)的CdCl2脅迫表明，幼苗在300μmolL-1濃度下的株高和生物量顯著降低，但其生長(zhǎng)發(fā)育無(wú)顯著影響，結(jié)合紅麻修復(fù)重金屬土壤的目的，因此本研究選用300μmolL-1的CdCl2對(duì)紅麻材料P3A幼苗進(jìn)行脅迫處理并詳細(xì)分析，測(cè)定幼苗的生理生化指標(biāo)，利用MSAP技術(shù)分析鎘脅迫下基因組DNA甲基化水平變化，對(duì)甲基化差異片段進(jìn)行測(cè)序比對(duì)，并對(duì)響應(yīng)逆境的甲基化差異基因進(jìn)行qRT-PCR分析，系統(tǒng)分析鎘脅迫下紅麻幼苗的生理生化響應(yīng)、基因組DNA甲基化水平變化以及響應(yīng)鎘脅迫相關(guān)基因的DNA甲基化變化與表達(dá)量的關(guān)系，旨在為進(jìn)一步研究DNA甲基化響應(yīng)紅麻鎘脅迫的潛在機(jī)制提供重要參考。
1材料與方法
1.1試驗(yàn)材料及處理
紅麻材料P3A由廣西大學(xué)農(nóng)學(xué)院周瑞陽(yáng)教授提供。挑選籽粒飽滿且均勻一致的種子，37℃蒸餾水浸泡1h，3%過(guò)氧化氫(成都金山化學(xué)試劑有限公司，20170616)消毒10min，蒸餾水沖洗3～5次，之后將種子均勻地?cái)[放在鋪有2層紙巾的保鮮盒(27cm×18cm×9cm)中，添加100mL蒸餾水，放置于恒溫光照培養(yǎng)箱(光/暗周期為10h/14h，溫度為白天27℃/夜晚25℃，下同)中培養(yǎng)(注意定期定量地添加蒸餾水，始終保持紙巾濕潤(rùn))。培養(yǎng)4d后，挑選長(zhǎng)勢(shì)一致的幼苗210株，隨機(jī)分成6組，每組35株，即為2個(gè)處理，每個(gè)處理3次生物學(xué)重復(fù)，移栽于6個(gè)底部含有托盤的育苗盤(35孔花卉育苗盤)中。向托盤中分別添加含有不同CdCl2濃度(0、300μmolL-1)的1/4Hoagland處理液，注意每天定時(shí)定量地更換處理液。
1.2農(nóng)藝性狀及相對(duì)抑制率的測(cè)定
脅迫處理7d后，使用直尺測(cè)量紅麻各單株的株高，使用游標(biāo)卡尺測(cè)量各單株的莖粗，使用電子天平稱量各組全鮮重。將根部用蒸餾水清洗干凈并用吸水紙吸干水分，利用根系掃描分析儀(EPSONEXPRESSION 11000XL)對(duì)根系進(jìn)行掃描分析。之后將材料用液氮速凍后保存于-80℃冰箱，用于后續(xù)試驗(yàn)。采用相對(duì)抑制率表示紅麻耐鎘性的強(qiáng)弱，相對(duì)抑制率的公式為；相對(duì)抑制率(%)=(目標(biāo)性狀對(duì)照值-目標(biāo)性狀處理值)/目標(biāo)性狀對(duì)照值×100[12]。
1.3鎘含量的測(cè)定
將根系用20mmolL-1EDTA-Na2浸泡1h，去除表面的鎘離子，再用去離子水洗滌3次，并將根、莖、葉置于烘箱150℃殺青30min，之后70℃烘干至恒重，稱取各部分組織干重后再用粉碎機(jī)將其粉碎用于Cd2+含量測(cè)定。本次試驗(yàn)采用微波消解法處理樣品，使用PerkinElmer PinAAcle900石墨爐原子吸收分光光度計(jì)測(cè)定Cd2+含量[13]。各部分組織粉碎成粉末后進(jìn)行消解、趕酸、過(guò)濾、定容、制作標(biāo)準(zhǔn)曲線，最后測(cè)定樣品的鎘含量。
1.4甲基化敏感擴(kuò)增多態(tài)性(MSAP)分析
首先采用改良的CTAB法[14]提取上述材料根系的基因組DNA，之后進(jìn)行1%瓊脂糖凝膠電泳檢測(cè)DNA的質(zhì)量，利用超微量紫外線分光光度計(jì)測(cè)定DNA的濃度，保存于-20℃冰箱備用。參照李增強(qiáng)等[15]報(bào)道的方法并加以改良，對(duì)2個(gè)處理的(0、300μmolL-1)根系進(jìn)行MSAP分析。選用EcoRI+HpaII和EcoRI+MspI兩種酶組合分別對(duì)基因組DNA進(jìn)行雙酶切，之后進(jìn)行連接、預(yù)擴(kuò)增、選擇性擴(kuò)增。酶切體系為：CutSmart buffer2μL、HpaII或MspI(NEB公司)0.5μL、EcoRI0.5μL、模板DNA(100ngμL-1)5μL、ddH2O12μL；反應(yīng)程序?yàn)椋?span lang="EN-US">37℃6h，80℃(EcoRI/HpaII)或65℃(EcoRI/MspI)20min。連接體系為：T4 DNA Ligase(350UμL-1，TaKaRa公司)2μL、10×T4 DNA Ligase buffer2μL、正反向引物(10μmolL-1)各1μL、酶切產(chǎn)物14μL；反應(yīng)程序?yàn)椋?span lang="EN-US">16℃14h，65℃20min。預(yù)擴(kuò)增體系為：連接產(chǎn)物5μL(將連接產(chǎn)物稀釋20倍)、正反向引物(10μmolL-1)各1μL、2×Rapid Taq Master Mix(南京諾唯贊生物科技有限公司，下同)10μL、ddH2O3μL；反應(yīng)程序?yàn)椋?span lang="EN-US">94℃預(yù)變性3min；94℃15s，58℃15s，72℃30s，32個(gè)循環(huán)；72℃延伸5min，12℃保存。選擇性擴(kuò)增體系為：預(yù)擴(kuò)增產(chǎn)物5μL(預(yù)擴(kuò)增產(chǎn)物稀釋25倍)、正反向引物(10μmolL-1)各1μL、2×Rapid Taq Master Mix10μL、ddH2O3μL；反應(yīng)程序同預(yù)擴(kuò)增PCR。選擇性擴(kuò)增產(chǎn)物經(jīng)95℃變性10min后，進(jìn)行6%聚丙烯酰胺凝膠電泳，銀染、顯色，照相保存并統(tǒng)計(jì)MSAP多態(tài)性片段。接頭序列、預(yù)擴(kuò)增和選擇性擴(kuò)增引物序列見(jiàn)表1。
表1接頭和引物序列
1.5差異片段的回收、克隆和測(cè)序分析
將6%聚丙烯酰胺凝膠中的差異性片段用刀片切下，放入1.5mLEP管中，用吸頭搗碎，加入25μL無(wú)菌水，95℃水浴10min，離心30s后取5μL上清用相應(yīng)的選擇性擴(kuò)增引物進(jìn)行PCR擴(kuò)增。擴(kuò)增體系為DNA模板5μL、正反向引物(10μmolL-1)2.5μL、2×Rapid Taq Master Mix25μL、ddH2O15μL；反應(yīng)程序同選擇性擴(kuò)增。利用1%瓊脂糖凝膠電泳檢測(cè)擴(kuò)增產(chǎn)物，并進(jìn)行回收純化(南京諾唯贊生物科技有限公司)。將回收產(chǎn)物連入pEASY-T1載體(北京全式金生物技術(shù)有限公司)，之后轉(zhuǎn)入DH5α感受態(tài)細(xì)胞中，挑選陽(yáng)性單克隆，進(jìn)行菌液PCR檢測(cè)，之后送廣州華大基因科技服務(wù)有限公司測(cè)序。測(cè)序所得序列在NCBI(http：//www.ncbi.nlm.nih.gov/)及紅麻基因組數(shù)據(jù)庫(kù)[16](https：//bigd.big.ac.cn/gwh)中比對(duì)分析。
1.6實(shí)時(shí)熒光定量PCR(qRT-PCR)分析
使用異硫氰酸胍法[17]并稍作改良提取相應(yīng)根系材料(0、300μmolL-1)的RNA，并檢測(cè)RNA的質(zhì)量和濃度，使用諾唯贊反轉(zhuǎn)錄試劑盒(貨號(hào)R223-01)逆轉(zhuǎn)錄成cDNA，并以此為模板進(jìn)行qRT-PCR分析。以組蛋白基因His3為內(nèi)參基因，采用2-ΔΔCT方法[2]計(jì)算基因的相對(duì)表達(dá)量。qRT-PCR引物序列見(jiàn)表2。
表2實(shí)時(shí)熒光定量PCR引物序列
2結(jié)果與分析
2.1鎘脅迫對(duì)紅麻幼苗農(nóng)藝性狀的影響
由表3和表4可知，300μmolL-1的CdCl2脅迫顯著抑制紅麻幼苗的株高、莖粗、全鮮重、根鮮重、根長(zhǎng)和根表面積，抑制率分別為21.52%、21.07%、54.93%、40.67%、64.27%和49.66%。表明300μmolL-1的CdCl2脅迫顯著抑制了紅麻幼苗的生長(zhǎng)。
表3 CdCl2脅迫對(duì)紅麻幼苗農(nóng)藝性狀的影響
表4 CdCl2脅迫對(duì)紅麻幼苗農(nóng)藝性狀的相對(duì)抑制率
2.2紅麻幼苗不同部位鎘含量的比較
由圖1可知，紅麻幼苗在300μmolL-1的CdCl2脅迫下，根系的鎘含量最高，為2555.47μgL-1；莖部的鎘含量次之，為1363.41μgL-1；葉片的鎘含量最低，為963.06μgL-1；并且各部位的鎘含量均存在顯著性差異。結(jié)合對(duì)紅麻幼苗農(nóng)藝性狀的測(cè)定結(jié)果得出，300μmolL-1的CdCl2脅迫顯著抑制了紅麻幼苗的生長(zhǎng)，且植株體內(nèi)尤其是根系積累了大量的鎘元素。
圖1 CdCl2脅迫對(duì)紅麻不同部位鎘含量的影響
2.3鎘脅迫對(duì)紅麻幼苗根系DNA甲基化水平的影響
運(yùn)用MSAP技術(shù)分析300μmolL-1CdCl2脅迫下紅麻幼苗根系的DNA甲基化水平變化情況，部分代表性聚丙烯酰胺凝膠電泳結(jié)果見(jiàn)圖2，統(tǒng)計(jì)結(jié)果見(jiàn)表5。對(duì)照條件下，幼苗根系的甲基化率、全甲基化率和半甲基化率分別為62.78%、37.5%和25.28%；300μmolL-1的CdCl2脅迫下幼苗根系的甲基化率、全甲基化率和半甲基化率分別為68.19%、36.37%和31.82%，即該濃度的CdCl2脅迫使幼苗根系的甲基化率和半甲基化率升高，全甲基化率變化較小。表明在整體水平上，300μmolL-1的CdCl2脅迫提高了紅麻幼苗根系的DNA甲基化水平。
圖2 MSAP聚丙烯酰胺凝膠電泳圖
泳道M代表BM50DNAmarker；泳道1和3代表EcoRI/HpaII酶切；泳道2和4代表EcoRI/MspI酶切。1和2：0μmolL-1CdCl2；3和4：300μmolL-1CdCl2。藍(lán)色方框；I型(無(wú)甲基化)；黑色方框；II型(半甲基化)；白色方框；III型(全甲基化)；紅色方框；IV型(全甲基化)。
表5DNA甲基化水平統(tǒng)計(jì)分析
2.4甲基化差異片段的測(cè)序及功能注釋
本試驗(yàn)回收到157條甲基化差異條帶，測(cè)序比對(duì)到40條具有功能的DNA甲基化差異序列，與植物抗逆性相關(guān)的甲基化差異序列見(jiàn)表6。其中16條DNA甲基化差異片段與響應(yīng)植物抗逆性密切相關(guān)，例如GH3.1(Gretchen Hagen)基因通過(guò)調(diào)節(jié)植物體內(nèi)激素的動(dòng)態(tài)平衡，參與調(diào)控植物的生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程[18]，NADP-ME(NADP-dependent malic enzyme)通過(guò)碳代謝來(lái)平衡細(xì)胞內(nèi)的pH來(lái)防御生物和非生物脅迫[19]，ABCG26(ABC transporter G family member26)基因在八仙花根尖發(fā)生鋁脅迫后，參與響應(yīng)鋁脅迫[20]，L-AAOh(L-ascorbate oxidase homolog)基因在調(diào)節(jié)植物發(fā)育過(guò)程和應(yīng)激反應(yīng)方面發(fā)揮重要作用[21]，LRR-RLK(leucine-rich repeat receptor-like kinases)家族基因、GaTPPD(trehalose phosphate phosphatase D)等在植物生長(zhǎng)和脅迫反應(yīng)中均起著重要作用[22]。
表6甲基化差異片段比對(duì)分析
2.5甲基化差異基因qRT-PCR分析
為分析DNA甲基化變化對(duì)基因表達(dá)的影響，挑選9個(gè)響應(yīng)植物非生物脅迫的甲基化差異基因進(jìn)行qRT-PCR分析。由圖3可知，7個(gè)基因在鎘脅迫下的表達(dá)量與對(duì)照呈顯著性差異，其中基因GH3.1、GrKCS1、NADP-ME、L-AAOh、TPP-D、NPF2.7的表達(dá)量在CdCl2脅迫下分別顯著升高8.80、1.46、0.94、5.22、1.37、1.85倍，LRR-RLKs的表達(dá)量顯著降低0.59倍。說(shuō)明DNA甲基化的變化與基因表達(dá)水平的改變密切相關(guān)。
圖3甲基化差異基因的qRT-PCR分析
3討論
3.1紅麻可以作為修復(fù)鎘污染土壤的潛在作物
本研究結(jié)果表明，300μmolL-1鎘脅迫雖然顯著抑制了紅麻幼苗的生長(zhǎng)，但是并不致死[32]，而且鎘積累能力遠(yuǎn)超水稻、玉米、木薯[33，34，35]等其他作物。根據(jù)本試驗(yàn)中測(cè)得的紅麻對(duì)鎘的吸附量，以及本課題組之前對(duì)國(guó)內(nèi)外眾多常規(guī)品種研究得出，每公頃紅麻對(duì)鎘吸附量為102.9～125.8g，并且對(duì)其生長(zhǎng)無(wú)顯著影響。Sarra等[36]在鎘和鋅含量高的淤泥里進(jìn)行紅麻和玉米的修復(fù)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，紅麻莖中鎘和鋅的含量分別2.49mg kg-1和82.50mg kg-1，玉米莖中鎘和鋅的含量分別為2.10mg kg-1和10.19mg kg-1，兩者都積累了可觀的鎘和鋅，紅麻中的鋅含量是玉米的8倍多，并且對(duì)其產(chǎn)量影響更小，說(shuō)明紅麻具有更強(qiáng)的重金屬修復(fù)和安全利用價(jià)值。栗原宏幸等[37]發(fā)現(xiàn)，紅麻對(duì)鎘污染土壤具有明顯的修復(fù)效果，并且對(duì)紅麻的產(chǎn)量無(wú)顯著影響。因此可以在生產(chǎn)上利用紅麻極強(qiáng)的鎘耐性及吸附能力改良重金屬污染土壤。
3.2300µmolL-1的CdCl2脅迫使紅麻幼苗的DNA甲基化水平提高
植物遭受非生物脅迫后，通過(guò)激活脅迫響應(yīng)機(jī)制或終止某些轉(zhuǎn)錄因子的表達(dá)來(lái)調(diào)控植物的生長(zhǎng)，DNA甲基化在植物的整個(gè)生命周期中起著非常重要的作用，例如參與逆境脅迫的響應(yīng)，應(yīng)對(duì)不良環(huán)境帶來(lái)的影響，抵御非生物脅迫的毒害等[38]。在重金屬、高鹽和干旱等逆境脅迫中，植物都能通過(guò)DNA甲基化的水平變化來(lái)參與調(diào)控相關(guān)基因的表達(dá)，提高植物抗逆性，維持植物的正常生長(zhǎng)[39]。
本結(jié)果表明，紅麻幼苗在300μmolL-1的CdCl2脅迫下根系的DNA甲基化率、半甲基化率較對(duì)照分別提高8.68%和26.07%，全甲基化率降低3.04%，在整體水平上，300μmolL-1的CdCl2脅迫提高了紅麻幼苗根系的DNA甲基化水平，這與何玲莉等[40]和王丙蓮等[41]研究結(jié)果一致。殷欣[42]研究發(fā)現(xiàn)，大豆DNA甲基化水平變化在鎘脅迫下升高，并且與鎘脅迫濃度正相關(guān)，某些功能蛋白還廣泛參與大豆響應(yīng)逆境脅迫的過(guò)程。
3.3DNA甲基化參與響應(yīng)逆境脅迫相關(guān)基因的表達(dá)
本研究對(duì)與植物抗逆性密切相關(guān)的基因進(jìn)行qRT-PCR分析發(fā)現(xiàn)，在鎘脅迫下有7個(gè)甲基化差異基因的表達(dá)水平存在顯著差異，推測(cè)植物受到鎘脅迫后，DNA甲基化水平變化參與調(diào)控基因的表達(dá)，從而參與紅麻對(duì)逆境的響應(yīng)。
NADP-ME酶通過(guò)蘋(píng)果酸代謝平衡細(xì)胞內(nèi)的pH來(lái)防御生物和非生物脅迫[19]。Fu等[43]研究發(fā)現(xiàn)，小麥植株中的NADP-ME酶在NaCl和PEG脅迫處理下的酶活性升高，表達(dá)量下降，并且該參與了對(duì)逆境脅迫的響應(yīng)。本研究中NADP-ME酶在鎘脅迫下基因表達(dá)量升高了0.94倍，并且甲基化水平發(fā)生了改變。推測(cè)甲基化水平的變化參與到了該基因的表達(dá)量變化中，并最終在響應(yīng)鎘脅迫中起到了重要的作用。吲哚-3醋酸-酰胺合成酶家族能夠維持植物內(nèi)源激素的動(dòng)態(tài)平衡，參與調(diào)控植物的生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程[18]。Park等[44]研究中發(fā)現(xiàn)，GH3基因在低溫脅迫中基因表達(dá)量降低，但仍被強(qiáng)烈誘導(dǎo)，抑制自由態(tài)的生長(zhǎng)素含量增加，提高擬南芥抗逆性。本研究中本吲哚-3醋酸-酰胺合成酶基因GH3.1在鎘脅迫下發(fā)生了去甲基化，基因表達(dá)量顯著升高了8.8倍，因此推測(cè)其通過(guò)甲基化模式的變化參與調(diào)控基因表達(dá)、維持激素動(dòng)態(tài)平衡，并最終在響應(yīng)鎘脅迫中起到重要作用?？箟难嵫趸?span lang="EN-US">)在植物生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程和調(diào)節(jié)應(yīng)激反應(yīng)方面具有重要作用[21]。Parihar等[45]研究發(fā)現(xiàn)，在多種逆境脅迫下，抗壞血酸含量升高，可以提高抗逆性。本研究中抗壞血酸氧化酶家族L-AAOh基因在鎘脅迫下基因表達(dá)量顯著升高了5.2倍，并且甲基化水平發(fā)生了變化。推測(cè)甲基化水平的變化參與到了該基因的表達(dá)量變化中，并最終在響應(yīng)鎘脅迫中起到了重要作用。
NRT1/PTR家族蛋白在植物轉(zhuǎn)運(yùn)硝酸鹽、氨基酸和植物激素過(guò)程中起重要的作用[46]。在本研究中，甲基化差異NRT1/PTR家族基因NPF2.7的表達(dá)量在鎘脅迫下顯著升高了1.8倍，推測(cè)該基因可能參與到了植物的逆境脅迫響應(yīng)中。海藻糖在逆境脅迫中可以起到抵抗保護(hù)作用，提高植物的抗逆性[47]。丁澤紅等[48]研究發(fā)現(xiàn)，木薯在干旱脅迫下，MeTPP6基因的表達(dá)量顯著上升，并參與了對(duì)干旱脅迫的響應(yīng)。本研究中GaTPPD基因在鎘脅迫下的表達(dá)量顯著升高了1.35倍，并且其甲基化水平發(fā)生了變化，推測(cè)DNA甲基化調(diào)控該基因表達(dá)水平，并最終在響應(yīng)鎘脅迫中起到了重要作用。
4結(jié)論
紅麻對(duì)鎘脅迫具有較強(qiáng)的耐受性，在300μmolL-1的鎘脅迫下，紅麻幼苗的長(zhǎng)勢(shì)受到抑制，但并沒(méi)有嚴(yán)重影響其生長(zhǎng)，并且鎘富集量大，說(shuō)明紅麻具有較強(qiáng)的土壤修復(fù)潛力，因此可以利用紅麻來(lái)修復(fù)重金屬鎘污染農(nóng)田。紅麻幼苗在300μmolL-1CdCl2脅迫下，根系DNA甲基化水平升高，與響應(yīng)逆境脅迫相關(guān)的GH3.1基因、ABC轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白家族基因、NADP-ME基因、結(jié)合轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白G家族基因、抗壞血酸氧化酶基因、LRR-RLKs家族基因、海藻糖磷酸磷酸酶基因、NRT1/PTR家族蛋白的DNA甲基化和基因表達(dá)水平都發(fā)生了顯著變化。DNA甲基化水平變化可能參與了響應(yīng)逆境脅迫相關(guān)基因的表達(dá)調(diào)控，并最終在紅麻響應(yīng)鎘脅迫中起到了重要的作用。
文章摘自：盧海，李增強(qiáng)，唐美瓊，羅登杰，曹珊，岳嬌，胡亞麗，黃震，陳濤，陳鵬.紅麻DNA甲基化響應(yīng)鎘脅迫及甲基化差異基因的表達(dá)分析[J].作物學(xué)報(bào)，2021，47(12)：2324-2334.
