染色质DNA甲基化变化与大豆抗（耐）连作的关系

DNA methylation changes in chromatin can affect gene expression on the basis of stable genetics, and the effect may be the interaction with transcriptional factors or by the change of chromatin structure. These changes play a very important role in plants' witty coping with environmental stress. Therefore, Aiming at bottleneck factors limiting production and quality of soybean as well as the resistant or tolerant characteristics among some soybean varieties, this research project will be carried out by the breakthrough point as which methylation changes in epigenetics affecting gene expression are regarded in the major soybean producing areas of whole nation. In the project, the general level of DNA methylation in chromatin, polymorphism, the activity of DNA methylase and the amount of the corresponding gene expression will be assayed. Then multiangle and deep level exploration of the relationship between soybean resistance or tolerance to continuous cropping and them will be completed by the combination of cluster analysis, bioinformatics and functional confirmation of specific gene. Furthermore, We expect that the relationship between DNA methylation changes and soybean resistance or tolerance to continuous cropping will be evaluated. The results will make an important driving effeck on analyzing expression regulation of genes under continuous cropping condition and thus provide the theoretical basis and thought in epigenetics for further improving molecular breeding level in soybean.

在遗传稳定的前提下，染色质DNA甲基化变化可与转录因子相互作用或通过改变染色质结构来影响基因表达，其在植物"机智"应对逆境胁迫中发挥重要作用。因此本项目将立足全国大豆主产区，针对限制大豆产量与品质的瓶颈因子，从个别大豆品种具有抗（耐）连作特性的角度出发，以表观遗传的甲基化变化影响基因表达为切入点展开研究。通过对连作条件下抗（耐）性品种和敏感品种的DNA甲基化总水平、多态性、DNA甲基化酶活性及相应基因的表达量进行检测，并结合聚类分析、生物信息学研究和特异位点基因的功能验证，多角度深层次探研它们与大豆抗（耐）连作是否存在本质性关联。目的在于阐明染色质DNA甲基化变化与大豆抗（耐）连作的关系。其成果对解析连作条件下大豆基因组的表达调控机制具有重要的推动作用，从而为进一步提高大豆抗（耐）连作的分子育种水平提供理论依据和表观遗传学方面的思考。

生命活动强弱是遗传与环境共同作用的结果，其中以甲基化和脱甲基化为主要特征的表观遗传现象是环境因子与遗传信息沟通的桥梁，染色质DNA甲基化变化可影响基因表达，其在植物机智应对逆境胁迫中发挥重要作用。同时，大豆连作障碍是一种综合逆境，现已成为大豆产量提高和品质改善的重要限制因子，因此从表观遗传学角度深入探究染色质DNA甲基化变化与大豆抗（耐）连作之间的关系，可为大豆高产抗耐育种提供重要基础。.本研究以大豆连作“综合逆境”为处理，以连作抗（耐）性品种（KX2）及敏感品种（HF55）为研究对象，通过Bisulfite-seq及其它分子生物学技术，深层次揭示了染色质DNA甲基化变化与大豆抗（耐）连作之间的内在关联——染色质DNA脱甲基化在大豆抗（耐）连作中发挥重要作用，具体如下：.1非连作条件下，大豆基因组DNA总甲基化水平为18.57%（HF55）和16.78%（KX2），因此抗（耐）连作品种的甲基化程度较低。同时发现，在两种大豆基因组中，CG、CHG和CHH三种甲基化模式均具备，其在HF55中水平依次为62.86%、40.02%、6.92%，而在KX2中水平依次为60.08%、37.41%、5.65%。.2连作综合逆境下，大豆基因组DNA发生全基因组范围脱甲基化，HF55和KX2的总甲基化水平分别降低了8.35%和18.77%，三种甲基化模式中尤以CHG模式降低最明显。这些结果表明，在连作条件下，大豆主要以脱甲基化（CHG形式为主）来应对综合逆境，进而改变某些基因表达，促进抗性蛋白的产生或影响抗逆代谢通路。.3生物信息学分析显示，大豆基因组中存在四类DNA甲基化酶（MET1、CMT3、DRM1/2和DNMT2）及去甲基化酶（ROS1、DME、IDM1和DML）基因，同时对部分基因的进化关系、理化性质、分子结构、物理定位、5'调控区启动子序列、甲基化位点等进行了分析与明确。.4基于连作逆境导致脱甲基化及生物信息学分析结果，本研究克隆构建了DME过表达载体，并已完成拟南芥及烟草转化，而对于ROS1及DML的基因克隆目前正在进行回复突变。.本研究明确了大豆抗（耐）连作与其基因组DNA脱甲基化有密切关系，该结果可为高产优质大豆抗（耐）连作品种的分子选育与鉴定提供理论基础，并一定程度上拓宽了植物适应逆境的表观遗传调控理论。

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