低温胁迫对桂花生理生化及表观遗传修饰的影响

作     者：沈尧 

作者单位：河南大学 

学位级别：硕士

导师姓名：尚富德

授予年度：2014年

学科分类：090706[农学-园林植物与观赏园艺] 0907[农学-林学] 09[农学] 

主      题：桂花 生理生化 高效液相色谱 DNA甲基化 免疫染色 组蛋白修饰 

摘      要：桂花(Osmanthus fragrans Lous.)又名月桂，木犀科(Oleaceae)木犀属(Osmanthus)，是我国传统的十大名花之一，也是一种生态效益、社会效益和经济效益兼备的优良园林树种和经济植物。目前，在我国南部，桂花的种植得到了极大的推广，但由于受到低温的限制，在北方地区露天栽培很难大面积推广，仅在小气候环境好的条件下，桂花才能生长，但冬天落叶现象严重，低温伤害成为其主要限制因素。所以，对桂花的抗寒、抗冻研究迫在眉睫。本研究采用采用免疫染色技术和高效液相色谱技术，分析桂花在低温胁迫下的表观遗传修饰的变化，并结合其生理生化指标的测定，进一步研究桂花抵御低温胁迫的生理生化机制与其内在的分子机制，以及两者的关系，以期为抗寒、抗冻桂花品种的选育提供理论基础。本文研究结果如下： （1）经过短期的4℃低温处理和恢复到25℃的情况下，潢川金桂和丹桂的相对电导率波动式的增加，在低温处理12h，随着对低温胁迫的适应，两者的相对电导率略有恢复;潢川金桂和丹桂的可溶性蛋白含量都有明显增加，但丹桂在低温处理12h时可溶性蛋白的含量恢复到正常水平;潢川金桂的可溶性糖含量在低温处理的前8个小时变化不明显，而丹桂在4℃低温处理时可溶性糖含量变化呈波浪状，在恢复到25℃的处理过程中可溶性糖含量呈上升的趋势，明显增加;潢川金桂的丙二醛含量呈波动式增加，而丹桂在低温处理2h和24h都明显低于正常水平，其他时期都保持在正常水平。潢川金桂的游离脯氨酸的含量在前8h维持在高的水平，在8h后迅速下降，直到恢复到25℃仍然保持在较低水平，在正常情况下，丹桂的游离脯氨酸含量明显低于潢川金桂，随胁迫时间的延长，先上升后下降。潢川金桂和丹桂的SOD的活性在低温处理过程中活性保持不变，在恢复到25℃后活性都有稍微的下降。 （2）通过对潢川金桂和丹桂DNA组甲基化的比较，发现在低温处理过程中潢川金桂和丹桂的DNA甲基化比例都是先上升后下降再上升，在25℃恢复过程中潢川金桂和丹桂的DNA甲基化比例都是随着时间的延长呈下降的趋势，逐渐恢复正常水平。潢川金桂和丹桂在4℃低温处理过程中变化趋势虽然相同，但是变化的转折点却不相同，潢川金桂在低温处理2h就到达最大值，比丹桂的时间早。 （3）通过对潢川金桂间期细胞核进行免疫染色，分析组蛋白H3K4me2和H3K9me2表观遗传修饰在细胞核上的分布以及核仁的大小。结果显示，在低温胁迫下核仁变小，随胁迫的延长恢复到正常;在低温胁迫过程中，组蛋白H3K4me2和H3K9me2修饰含量在短期低温胁迫下都有明显的下降。通常情况下，组蛋白H3K4me2修饰与常染色质相联系，组蛋白H3K9me2与异染色质相联系，都是与基因转录相关的组蛋白表观修饰标记;组蛋白H3K4me2和H3K9me2修饰含量的变化表明，在环境压力刺激下不同组蛋白修饰间存在协同性改变，这种整体性的协同改变与细胞的生命过程以及压力应答存在密切的联系，具有重要的生物学意义。 以上研究结果表明：通过对短期低温胁迫下桂花的生理生化和表观遗传修饰变化的研究，发现细胞膜透性，DNA甲基化和组蛋白修饰存在一定的相关性，细胞膜透性和DNA甲基化的变化表现出一致性，而与组蛋白表现出负相关关系，这表明当桂花在受到低温刺激后，DNA甲基化和组蛋白修饰的改变，影响桂花的生理生化，同时生理生化的改变又反过来影响DNA甲基化和组蛋白修饰的改变，而DNA甲基化和不同组蛋白之间的作用也不同。