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DNA甲基化与白菜的生长转变

李梅兰

  开花是植物生长发育过程中一个重要的生长转折点。植物的开花可分为四个顺序过程:开花决定(成花诱导)、信号传导、花的发端和花器官发育,其中从成花诱导到花的发端是人们致力研究的一个热点。通过模式植物拟南芥和金鱼草开花机理的研究,现在已经明确植物的开花途径有多条,并识别和分离了许多与开花有关的基因,但这些基因如何在植物生长发育过程中进行特定时空的表达及其调控一直是科学家研究的一个黑匣子。近年来的研究表明,DNA甲基化在植物基因表达调控中发挥重要的作用,但有关甲基化与植物开花关系的研究只是在拟南芥等模式植物上进行的较多,其它植物上的报道还很少。白菜是我国特有的一种蔬菜,在蔬菜的周年供应中起着重要的作用,是典型的低温长日照二年生植物。本试验采用去甲基剂 5-氮杂胞苷(5-azaC)处理白菜的种子,并结合萌动种子和幼苗低温处理及幼苗赤霉素(GA)处理,研究了低温、赤霉素和DNA甲基化与白菜开花及它们三者之间的关系,并测定了白菜不同生育期及不同组织器官核DNA胞嘧啶甲基化水平的变化。实验结果如下:1.低温、赤霉素和5-azaC处理都可以促进白菜的花芽分化。萌动种子和幼苗在4℃和8℃条件下处理10-30天均可诱导油冬儿白菜开花,而且处理温度越低,时间越长,接受低温的植株越大,诱导开花的效应就越明显。但对于强冬性的四月蔓品种,4℃、30天还不足以诱导其开花,说明强冬性品种对低温条件要求严格。低浓度5-azaC促进油冬儿白菜开花,但高浓度时抑制开花,以250μmol/L促进开花的效果最理想。当低浓度5-azaC处理和4℃低温处理结合进行10天时,促进开花的效果优于单独处理,说明它们促进开花的作用具有加成性。50-300mg/L的赤霉素处理都可以促进油冬儿白菜开花,无论大苗和小苗均有效果,以300mg/L为最佳处理浓度。但四月蔓品种对GA的浓度要求较高,低浓度时不起作用,其处理的合适浓度为500mg/L,而且要求处理的次数也比较多,说明强冬性品种GA需求量高。2.低温、赤霉素和5-azaC处理都可以降低植株的甲基化水平。萌动种子和幼苗低温处理后甲基化水平分别比对照降低了28.46%和16.66%;种子5-azaC处理后,各种处理浓度的甲基化水平均较对照明显下降,但处理间差别不明显,下降了45%左右。300mg/L赤霉素处理后,植株茎尖的DNA甲基化水平比对照下降了14.52%。外源赤霉素处理使植株茎尖的赤霉素含量达到对照的5倍多;低温处理促进内源赤霉素含量的增加,萌动种子和幼苗低温处理后子叶期幼苗和幼苗的茎尖、叶片分别比对照和低温处理前增加了3倍、1.5倍和70%。但5-azaC处理降低植株的赤霉素含摘 要量,100pew 5-azaC处理后幼苗赤霉素含量降低为对照的 50%。幼苗低温处理后茎尖及叶片的蛋白质含量变化不明显,但萌动种子低温处理过程中表现为10天时上升,以后逐渐下降的趋势;赤霉素和5.aZaC处理后植株的蛋白质含量均比对照上升。另外低温和赤霉素处理都可以诱导特异蛋白质的产生。萌动种子低温处理诱导产生了两种58KD和28KD的特异蛋白质,且随处理时间的延长含量增加;但低温处理后也消失了两种分子量为30KD和15KD的蛋白质。幼苗低温处理后也产生了两种 58KD和 3 IKD的特异蛋白质,消失了两种 57KD和 54KD左右的蛋白质。其中58KD的蛋白质是两种处理共有的一种蛋白质,可能更直接地与花芽分化有关。此外赤霉素处理诱导茎尖产生了一种分子量为35KD的特异蛋白质。总之,外源赤霉素通过提高内源赤霉素的含量或者降低DNA甲基化水平促进白菜的开花;而5-azaC通过降低植物的DNA甲基化水平促进开花;低温促进植物开花介导前两种途径进行。但在赤霉素和DNA甲基化之间关系复杂,还需要深入的研究。3.白菜和菜心在花芽分化过程中植株茎尖DNA甲基化水平呈现逐步下降的趋势;蛋白质含量表现与其相反;赤霉素含量表现为临界期下降,花芽分化开始后又上升。两种蔬菜的变化趋势一致,说明在变化趋势上冬性植物和春性植物之间没有差别。比较两者的差别,菜心DNA甲基化水平和赤霉素含量在任何时期都高于普通白菜,而蛋白质含量又始终低于普通白菜。另外在花芽分化过程中菜心赤霉素含量变化的幅度大于普通白菜。说明冬性植物DNA甲基化水平及赤霉素含量低于春性植物,而蛋白质含量高于春性植物。分析花芽分化过程中蛋白质种类的变化,白菜在花芽将要分化时产生了76KD和106KD的两种特异蛋白质,且花芽分化开始后这些蛋白质仍然存在,说明它们和白菜的花芽分化及花序的发育有关。4.白菜不同组织器官及茎尖在不同生育期DNA甲基化水平不同。不同部位的DNA甲基化水平从高到低依次为种子>莲座叶>果实>花蕾>茎生叶>短缩茎……