黄芪甲基化敏感扩增多态性(MSAP)扩增引物筛选及初步应用

[目的]建立并优化黄芪甲基化敏感扩增多态性(MSAP)技术扩增反应体系,对中药材黄芪甲基化水平进行研究。[方法]磁珠法提取黄芪DNA后,采用Hpa II/Msp I 2种内切酶进行酶切,将酶切产物加上连接接头序列,经预扩增和选择性扩增反应,最终从黄芪MSAP的256对引物中筛选出最佳分辨引物4对。应用筛选到的4对引物,分析12种不同产地黄芪的甲基化模式,并对甲基化水平聚类分析。[结果]经MSAP检测12个黄芪样本半甲基化率在12.5%~26.7%,全甲基化率在25.6%~51.1%,总甲基化率在48.7%~73.5%,总体上黄芪样本的全甲基化率大于半甲基化率。采用NTSYSpc软件对黄芪样品Hpa II和Msp I多态性数据进行分析,获得UPGMA聚类图和主成分分析PCA图。[结论]MSAP技术能够很好地用于黄芪的甲基化分析,结合NTSYSpc软件能对不同产地黄芪之间甲基化水平进行聚类分析,且初步分析结果表明从UPGMA和PCA图上来看,地区相近的单株聚类分析表现出了一定的地域性。

甲基化敏感扩增多态性技术检测体系的建立

为了获得理想的甲基化检测效果,通过调整基因组DNA用量、PCR试剂浓度等因素,优化了甲基化敏感扩增多态性技术(MSAP)体系。结果表明:基因组用量为250 ng,预扩与选扩体系分别采用Fermentas公司生产的PCR混合物1/2和1/4体系时,能得到理想的检测效果。

虾夷扇贝选育群体与野生群体基因组DNA甲基化的MSAP分析

基因组DNA甲基化作为表观遗传学研究的重要手段之一,在水产科学领域得到越来越广泛的应用。为从表观遗传学角度探讨虾夷扇贝选育群体-"玉贝"和普通虾夷扇贝群体的DNA甲基化差异,本文运用甲基化敏感扩增多态性(Methylation-sensitive amplification polymorphism,MSAP)技术分析了两群体的DNA序列中CCGG位点的甲基化情况。结果表明,筛选得到11对引物组合能够在两个群体中得到稳定扩增、清晰且多态性丰富的片段;11对引物在"玉贝"和对照群体中分别共检测到1432和1442个位点,其中发生甲基化的位点分别为306和341个,总甲基化率分别为21.5%和23.65%,"玉贝"总甲基化率下降2.15%;全甲基化位点分别为152和236个,全甲基化率为10.68%和16.37%,"玉贝"全甲基化率下降5.69%;半甲基化位点分别为154和105个,半甲基化率为10.82%和7.28%,"玉贝"半甲基化率上升3.54%;"玉贝"群体的甲基化多态性条带所占比例高于对照群体,分别为31%和29.167%,尤其是B类型条带链,"玉贝"群体明显高于对照群体。这说明,通过对虾夷扇贝生长和耐热性状的累代选育导致了DNA甲基化水平和模式的改变,本研究为进行虾夷扇贝抗逆基因的筛查提供了参考数据,丰富了表观遗传学在扇贝中的研究资料。

大花蕙兰子房授粉前后基因组DNA胞嘧啶甲基化状态的MSAP分析

应用甲基化敏感扩增多态性(Methylation sensitive amplified polymorphism,MSAP)技术分析了大花蕙兰(Cymbidium hybridium)授粉前后子房DNA甲基化状态的变化(甲基化水平和甲基化差异模式)。采用72对引物进行选择性扩增,共得到5892条带,其中748条带为甲基化多态性带。结果显示DNA甲基化在大花蕙兰子房发育过程中发生频繁,从授粉前后子房的总扩增位点甲基化水平(14%和11.4%)和全甲基化率(9.5%和7.8%)来看,授粉后都略低于未授粉子房,表明子房在授粉后的发育过程中在某些位点发生了去甲基化。除甲基化水平有变化外,大花蕙兰子房授粉前后的DNA甲基化模式也存在较大差异,共检测到14种带型,分为两大类(Ⅰ和Ⅱ型)。其中,授粉前后DNA甲基化状态保持不变的位点较少,只占25.6%,归为Ⅰ型;大部分检测位点(占74.4%,归为Ⅱ型)的DNA甲基化模式在授粉前后存在显著差异。上述结果表明,大花蕙兰子房发育过程中以DNA甲基化为代表的表观遗传调控起重要作用。本研究的开展将促进对与大花蕙兰子房发育相关的甲基化差异片段及受DNA甲基化调控的关键基因的克隆,进而为从表观遗传学这一新角度揭示大花蕙兰子房发育的分子机制奠定基础。

毛白杨MSAP体系优化及DNA甲基化的初步分析

首次利用MSAP技术开展毛白杨DNA甲基化研究。在优化选择性扩增体系的基础上,对毛白杨亲子代的CCGG位点甲基化相对水平、CCGG位点胞嘧啶甲基化模式的遗传变异进行了初步分析。结果表明:①引物H/M+3、引物E+A+2、dNTP、Taq酶、预扩增产物稀释倍数分别为0.03 nmol、0.03 nmol、0.20 mmol/L、1 U(或1.5U)、40倍时组成的20μL反应体系经PCR扩增后电泳,可得到品质最佳的银染谱带。②毛白杨CCGG位点甲基化相对水平约为26.75%～29.39%,CNG甲基化相对水平低于CG甲基化相对水平,子代的甲基化相对水平低于亲本的甲基化相对水平。③子代中发生遗传变异的CCGG位点数之比为1∶1。遗传自亲本的CG甲基化位点数高于遗传自亲本的CNG甲基化位点数,遗传自父本的甲基化位点数高于遗传自母本的甲基化位点数;子代甲基化位点的变异以去甲基化为主,发生CG甲基化变异的位点数与发生CNG甲基化变异的位点数之比为1∶1。

利用MSAP分析硫化氢对盐胁迫大豆甲基化的影响

已有研究表明喷施一定浓度的H2S能够缓解大豆的盐胁迫伤害,为进一步研究H2S是否通过调节Na Cl胁迫下大豆的甲基化水平来缓解盐胁迫的影响,本研究以南农1138-2为材料,V2期对其进行0.08mol·L-1的Na Cl溶液的胁迫处理,然后每隔24h以不同浓度的Na HS溶液(0.00、0.20、0.40、0.60和0.80 mmol·L-1)喷施大豆植株,利用MSAP(甲基化敏感扩增多态性)方法分析H2S作用对盐胁迫下大豆V3和V4期甲基化类型及程度的影响。结果表明:Na Cl溶液除在V4期的外侧半甲基化外,其他各类甲基化水平均降低;而喷施一定浓度Na HS后,除V3期内侧甲基化表现不一致,2个时期Na Cl胁迫大豆其他类型的甲基化的水平基本都表现为先升高后降低。喷施H2S溶液可能通过恢复盐胁迫大豆所改变的甲基化类型和程度来缓解盐胁迫对大豆植株造成的伤害。

水稻基因组MSAP指纹图谱构建及DNA甲基化修饰位点分离与鉴定

采用EcoR Ⅰ和HpaⅡ/Msp Ⅰ双酶切建立了适合于水稻基因组的甲基化敏感扩增多态性(MSAP)分析体系,在全基因组水平检测了水稻DNA甲基化修饰位点。以12对MSAP引物进行选择性扩增,共检测到甲基化修饰位点120个,'CCGG/GGCC'位点甲基化修饰比例为20.17%。对部分水稻基因组甲基化修饰位点进行回收,最终分离了55条存在甲基化位点变异的DNA序列,通过BLAST比对分析将其联配到水稻基因组序列上。分析表明,这些甲基化修饰位点主要集中于基因启动子区(47%)和第一外显子区(22%),在其侧翼序列中存在类似'CpG island'典型序列特征的'CpG'二核苷酸成簇富集区。在此基础上,对应用MSAP技术分离水稻基因组DNA甲基化修饰位点的有效性以及水稻基因组序列中'CpG island'类似序列分布特征和生物意义进行了讨论。

二倍体与同源四倍体茅苍术基因组DNA甲基化水平与模式的MSAP分析

为探究二倍体和同源四倍体茅苍术表观遗传差异,以不同倍性的茅苍术为试验材料,应用MSAP技术研究其基因组DNA甲基化水平及模式变化。本试验选用20对选扩引物,在茅苍术二倍体和同源四倍体中检测到的基因位点数分别为520和527,其相应的扩增总甲基化率为56.92%和55.03%,四倍体基因组DNA半甲基化率高于二倍体,而全甲基化率低于二倍体;四倍体与二倍体相比,DNA甲基化模式发生调整的基因位点占总检测位点的52.53%。本研究为深入揭示四倍体茅苍术的表观遗传调控机制奠定了基础。

橡胶树MSAP反应体系优化及其不同开割高度单株DNA甲基化分析

以‘热研7-33-97’橡胶树无性系幼嫩叶片为材料,通过利用单因素和正交试验相结合的方法,对酶切、预扩增和选择性扩增3个影响甲基化敏感扩增多态性(MSAP)分析的关键步骤的反应体系中关键影响因素进行了优化,建立橡胶树MSAP反应最佳体系,并用于高低割线橡胶树基因组DNA甲基化差异分析。结果表明:在50μL反应体系中,750 ng基因组DNA用EcoRⅠ20 U,HpaⅡ20 U或MspⅠ10 U于37℃恒温同步酶切10 h,酶切完全。最佳预扩增体系(20μL)为:连接产物4μL,Mg Cl_2(25 mmol·L^(-1))0.15μL,d NTPs(2.5 mmol·L^(-1))0.1μL,上下游引物E-00/HM-00(10μmol·L^(-1))各0.3μL,Taq酶(5 U·μL^(-1))0.1μL,10×PCR Buffer 2μL。最佳选择性扩增反应体系(20μL)为:稀释20倍的预扩增产物2μL,Mg Cl_2(25 mmol·L^(-1))0.1μL,d NTPs(2.5 mmol·L^(-1))0.125μL,上下游引物E+3/HM+3(10μmol·L^(-1))各0.4μL,Taq酶(5 U·μL^(-1))0.1μL,10×PCR Buffer 2μL。高低割线树DNA的甲基化比例分别为37.22%和36.43%,2种开割胶树基因组CCGG位点胞嘧啶全甲基化率明显高于半甲基化率,推测橡胶树基因组甲基化主要模式可能是Cp G型。综上表明,建立的MSAP反应体系稳定可靠且重复性好,为后续橡胶树不同胁迫(割胶)程度DNA甲基化的研究奠定了基础。

莆田黑猪不同组织DNA甲基化的MSAP分析

为研究莆田黑猪不同组织间基因组DNA甲基化水平差异及各组织甲基化水平在不同生长发育阶段之间的变化规律,采用甲基化敏感扩增片段多态性(MSAP)方法检测了1、25和210日龄莆田黑猪的心脏、肝脏、肌肉、脂肪、耳和尾6个组织基因组DNA的甲基化水平.结果表明:心脏和肝脏组织的甲基化水平随日龄增长呈下降趋势,且日龄间的甲基化水平差异显著(P<0.05);25日龄肌肉组织的甲基化水平与1日龄的差异不显著(P>0.05),但显著高于210日龄(P<0.05);25日龄脂肪和耳组织的甲基化水平显著高于1和210日龄(P<0.05);3个日龄间尾组织的甲基化水平差异不显著(P>0.05);3个日龄的肝脏与脂肪组织之间、肝脏与耳组织之间的甲基化水平均存在显著差异(P<0.05),表明DNA甲基化在肝脏与脂肪组织之间、肝脏与耳组织之间存在组织特异性.

大麦不同组织成熟过程中DNA甲基化的MSAP分析

DNA甲基化参与调控生长植物发育。使用甲基化敏感扩增多态性(methylation sensitive amplification polymorphism,MSAP)方法并结合毛细管自动电泳分析仪,对大麦(Hordeum vulgare L)的种子、根、茎、叶等4种组织在成熟过程中的DNA甲基化修饰进行了分析。结果表明,大麦不同组织在成熟过程中基因组总甲基化水平改变较小,但44.90%~65.17%的CCGG位点甲基化模式在不同组织在成熟过程中发生了改变。在大麦种子成熟过程中,CCGG位点半甲基化水平急剧升高,达到65.40%,全甲基化位点显著下降仅为13.39%,与其他组织的甲基化特征差异显著。结果显示,在大麦组织成熟的过程中,DNA甲基化修饰发生了巨大的变化。

冷驯化不同阶段茶树DNA甲基化模式的变化

低温胁迫是影响茶树产量、生长发育和地域分布的重要环境因子之一,需要通过冷驯化的诱导来提高其抗寒性。DNA甲基化是植物表观遗传的重要方式,环境胁迫会引起植物DNA甲基化状态的改变。为研究DNA甲基化是否参与茶树的低温响应,本研究利用甲基化敏感扩增多态性技术(MSAP)和高效液相色谱法(HPLC),分析了不同冷驯化阶段茶树基因组DNA甲基化水平及状态变化。MSAP分析结果表明,50对选择性扩增引物在对照、驯化后和脱驯化样品中分别扩增出905、968和970个甲基化条带,总甲基化位点比例分别为50.6%、54.1%和54.2%。与未驯化的样品相比,冷驯化后和脱驯化的样品基因组DNA甲基化水平升高。HPLC的检测结果与MSAP结果类似。进一步分析甲基化模式发现,与对照相比,茶树冷驯化过程中同时发生了甲基化和去甲基化现象,但总体变化趋势表现为甲基化水平的增加。表明茶树在抗寒响应中出现DNA甲基化现象。

镉胁迫下二倍体和同源四倍体油菜DNA甲基化差异分析

二倍体与四倍体在逆境抗性上的差别可以从表观遗传学的角度予以解释。本研究以"矮脚黄"纯合二倍体和同源四倍体油菜为材料,采用DNA甲基化敏感扩增多态性分析(Methylation-sensitiveamplification polymorphism,MSAP)方法和HDA-GT12TM全自动凝胶毛细管核酸电泳检测技术,在全基因组水平上研究了CdCl2胁迫下油菜二倍体和四倍体DNA序列中CCGG位点的甲基化水平及模式变化特征差异。采用56对引物在4个处理样品中共检测出9 687个基因位点。结果显示,二倍体和四倍体在镉胁迫下,其总甲基化水平、全甲基化水平和半甲基化水平较各自的对照均有一定程度的上升。由此可见,镉胁迫导致四倍体和二倍体甲基化水平的提高,但四倍体基因组在镉胁迫下拥有更高的DNA甲基化水平。DNA甲基化模式分析表明,镉胁迫导致二倍体和四倍体的过甲基化位点数均高于去甲基化位点数,二者在镉胁迫下去甲基化位点数差异不大,但四倍体发生过甲基化的位点数要明显多于二倍体。

重金属铅镉对濒危植物中华水韭(Isoetes sinensis)DNA甲基化的影响

为研究古老植物对重金属胁迫的分子水平的响应,探究重金属对濒危植物DNA甲基化影响的特点,选择两种重金属Pb和Cd对濒危植物中华水韭进行胁迫处理,每种重金属设置3个处理浓度,胁迫处理至第28 d选取叶片,采用MSAP(甲基化敏感扩增多态性)技术测定DNA甲基化程度。试验结果表明:重金属铅和镉均能够对中华水韭DNA甲基化产生影响,甲基化总体水平基本一致(对照、Pb处理和Cd处理分别为46.96%、48.23%和48.1%),但全甲基化水平(Pb处理是28.34%,Cd处理是20.25%)均低于对照(33.91%),而半甲基化水平(Pb处理是19.89%,Cd处理是27.85%)均高于对照(13.04%)。甲基化增强的变化,以无甲基化或内外侧胞嘧啶半甲基化向内外侧胞嘧啶全甲基化变化的模式为主。去甲基化的变化,以内外侧胞嘧啶全甲基化向无甲基化或内侧胞嘧啶半甲基化或全甲基化变化的模式为主。铅和镉胁迫在导致中华水韭DNA甲基化增强所占比率方面几乎相等(39.04%和39.71%),而在去甲基化所占比率方面镉(46.86%)高于铅(33.92%)。

急性温度胁迫对虾夷扇贝(Patinopecten yessoensis)基因组DNA甲基化的影响

为探讨急性温度胁迫对虾夷扇贝(Patinopecten yessoensis)基因组DNA甲基化水平的影响,本研究从表观遗传学角度,运用甲基化敏感扩增多态性(Methylation-sensitive amplification polymorphism,MSAP)技术比较分析了升温海水(17℃和24℃)急性胁迫虾夷扇贝(原暂养于9℃的海水中)9 h和24 h后基因组DNA甲基化的变化情况。结果显示,9对引物在各组的总扩增位点数为314–337,总甲基化位点为79–94,所占比例为23.45%–28.51%;所有处理组基因组DNA总甲基化率低于对照组,急性升温胁迫使虾夷扇贝基因组DNA发生去甲基化,而且去甲基化程度随胁迫温差增大和胁迫时间增长而增强,说明急性升温胁迫能够改变DNA甲基化水平和模式。本研究为进行虾夷扇贝抗逆基因的筛查提供了新思路和研究基础,丰富了表观遗传学在扇贝中的研究资料。

二倍体和同源四倍体甜叶菊的DNA甲基化差异分析

以甜叶菊(Stevia rebaudiana Bertoni)二倍体和同源四倍体为材料,应用甲基化敏感扩增多态性(Methylation sensitive amplified polymorphism,MSAP)技术研究不同倍性植株基因组之间的DNA甲基化水平及其模式变化。四倍体和二倍体甜叶菊甲基化敏感扩增多态性分别为46.10%、46.53%,与二倍体相比较,四倍体基因组DNA的总甲基化率和全甲基化率均有所降低,而半甲基化率则有所升高;四倍体基因组DNA甲基化模式有29.72%(过甲基化为12.8%,去甲基化为11.81%,次甲基化为5.12%)发生了改变。

杉木亲本自交系及其杂交种DNA甲基化和表观遗传变异

表观遗传调控包括DNA甲基化、染色质结构修饰和小分子RNA调控等机制可能在杂种优势形成过程中起重要作用。为了了解DNA甲基化对杉木杂交后代杂种优势的影响,本研究利用甲基化敏感随机扩增PCR技术(methylation-sensitive AP-PCR,MS-AP-PCR),选取40对引物组合对杉木亲本自交及其亲本的杂交组合后代群体的基因组DNA进行了扩增和分析。结果表明:杉木基因组的DNA甲基化模式主要以内侧胞嘧啶的甲基化为主;6个正反交组合总的甲基化百分率相对于亲本的自交系而言,甲基化率呈减少的趋势;同一组合正反交组合后代之间在CCGG位点胞嘧啶的甲基化水平上无明显差异;6个杂交组合在CCGG的位点上的甲基化位点数明显低于它们的亲本自交子代。对3种甲基化的表达类型与性状表型值、杂种优势值、配合力进行的相关分析结果表明,检测位点外侧胞嘧啶半甲基化、内侧胞嘧啶甲基化位点变化与杉木树高,胸径和材积性状的杂种优势均成显著负相关,即杉木基因组外侧胞嘧啶半甲基化程度越低、内侧胞嘧啶甲基化位点越少,3个生长性状的杂种优势愈明显;而其他甲基化程度的指标与杂种优势之间的相关均没有达到统计学的显著水平。

广藿香MSAP分析技术体系的优化及引物筛选

目的首次利用甲基化敏感扩增多态性(MSAP)技术开展广藿香表观遗传多样性研究,建立并优化广藿香MSAP技术分析的反应体系。方法对MSAP技术中关键的步骤,包括酶切反应中的酶切时间和基因组DNA酶切量,预扩增反应中连接产物的稀释倍数、选择性扩增中预扩增产物的稀释倍数等条件进行了优化。同时,利用优化的条件,对81对引物进行初步的多态性筛选。结果分步酶切,以1 000 ng DNA量进行EcoRⅠ(30 U)酶切5 h,纯化反应产物,再各取15μL的EcoRⅠ酶切纯化产物进行MspⅠ/HapⅡ(10 U)酶切5 h,可完全酶切。优化后的反应体系得到条带清晰、特异性好、背景涂布少的选择性扩增产物。结论建立了MSAP反应体系,保证MSAP图谱稳定、清晰;初步筛选出的32对引物组合,可用于后续广藿香DNA甲基化模式的相关研究。同时,也为其他药用植物提供甲基化敏感扩增多态性研究的依据。

泥鳅MSAP技术反应体系的建立及优化

为获得不同倍性泥鳅基因组DNA甲基化水平及模式,以泥鳅Misgurnus anguillicaudatus为研究对象,利用正交试验建立了甲基化敏感扩增多态性(MSAP)方法的反应体系,并利用该方法对二倍体泥鳅鳍基因组DNA进行了MSAP分析。结果表明:最佳双酶切反应体系为800 ng的泥鳅基因组DNA,用EcoR I、Hpa II和Msp I各10 U,在37℃下反应8 h后即可酶切;最佳预扩增反应体系为模板4μL、预扩增引物0.8μL、0.2 mmol/L d NTPs、1.5 mmol/L Mg2+和Taq 1 U;最佳选择性扩增反应体系为预扩增产物稀释20倍的模板2μL、引物1.5μL、0.375 mmol/L d NTPs、1.5 mmol/L Mg2+和Taq 1 U;二倍体泥鳅全甲基化率分别为24.1%、20.8%、22.3%,半甲基化率分别41.4%、20.8%、33.3%,总甲基化率分别为65.5%、41.6%、55.6%。研究表明,该反应体系稳定、可靠、重复性好,为MSAP技术在多倍体泥鳅相关研究中的应用奠定了基础。

脂多糖刺激对马氏珠母贝血细胞DNA甲基化修饰的影响

【目的】研究马氏珠母贝(Pinctada fucata martensii)血细胞基因组DNA的甲基化修饰情况及其在脂多糖(LPS)刺激后的变化,为探究甲基化修饰在珍珠贝免疫防御中的作用提供理论基础。【方法】运用甲基化敏感扩增多态性法(MSAP)分析马氏珠母贝血细胞(正常养殖贝)以及注射LPS后(6、12、24 h)基因组CCGG位点甲基化的修饰水平变化,并对甲基化修饰位点进行回收测序。【结果】共获得1 102个清晰可辨的DNA条带,其中全甲基化位点条带215个,半甲基化位点条带127个,非甲基化位点条带760个。对照组血细胞基因组CCGG位点的甲基化修饰比例为23.76%,注射LPS后,甲基化比例为28.10%~48.25%,注射6 h时最低,12 h时最高;对特异性片段测序后,经Blast比对,得到5条存在甲基化修饰的基因序列,其中2条具有注释信息,分别是干扰素调控因子(Interferon regulatory factor)和磷脂酶BL2(Putative phospholipase B-like 2)。【结论】马氏珠母贝血细胞基因组CCGG位点的甲基化修饰参与调控LPS诱导的免疫反应,在免疫防御中发挥重要作用。