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摇 摇 摇 摇 摇 生 态 学 报
摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 (SHENGTAI XUEBAO)
摇 摇 第 31 卷 第 10 期摇 摇 2011 年 5 月摇 (半月刊)
目摇 摇 次
大熊猫取食竹笋期间的昼夜活动节律和强度 张晋东,Vanessa HULL,黄金燕,等 (2655)………………………
高枝假木贼的胎生萌发特性及其生态适应 韩建欣,魏摇 岩,严摇 成,等 (2662)…………………………………
准噶尔盆地典型地段植物群落及其与环境因子的关系 赵从举,康慕谊,雷加强 (2669)………………………
喀斯特山地典型植被恢复过程中表土孢粉与植被的关系 郝秀东,欧阳绪红,谢世友,等 (2678)………………
青藏高原高寒草甸土壤 CO2排放对模拟氮沉降的早期响应 朱天鸿,程淑兰,方华军,等 (2687)………………
毛乌素沙地南缘沙漠化临界区域土壤水分和植被空间格局 邱开阳,谢应忠,许冬梅,等 (2697)………………
雪灾后粤北山地常绿阔叶林优势树种幼苗更新动态 区余端,苏志尧,解丹丹,等 (2708)………………………
四川盆地四种柏木林分类型的水文效应 龚固堂,陈俊华,黎燕琼,等 (2716)……………………………………
平茬对半干旱黄土丘陵区柠条林地土壤水分的影响 李耀林,郭忠升 (2727)……………………………………
连栽杉木林林下植被生物量动态格局 杨摇 超,田大伦,胡曰利,等 (2737)………………………………………
近 48a华北区太阳辐射量时空格局的变化特征 杨建莹,刘摇 勤,严昌荣,等 (2748)……………………………
中型景观尺度下杨树人工林林分特征对树干病害发生的影响———以河南省清丰县为例
王摇 静,崔令军,梁摇 军,等 (2757)
………………………
……………………………………………………………………………
耕作措施对冬小麦田杂草生物多样性及产量的影响 田欣欣,薄存瑶,李摇 丽,等 (2768)………………………
官山保护区白颈长尾雉栖息地适宜性评价 陈俊豪,黄晓凤,鲁长虎,等 (2776)…………………………………
花椒园节肢动物群落特征与气象因子的关系 高摇 鑫,张晓明,杨摇 洁,等 (2788)………………………………
沙漠前沿不同植被恢复模式的生态服务功能差异 周志强,黎摇 明,侯建国,等 (2797)…………………………
大豆出苗期和苗期对盐胁迫的响应及耐盐指标评价 张海波,崔继哲,曹甜甜,等 (2805)………………………
不同耐盐植物根际土壤盐分的动态变化 董利苹,曹摇 靖,李先婷,等 (2813)……………………………………
短期 NaCl胁迫对不同小麦品种幼苗 K+吸收和 Na+、K+积累的影响 王晓冬,王摇 成,马智宏,等 (2822)……
套袋微域环境对富士苹果果皮结构的影响 郝燕燕,赵旗峰,刘群龙,等 (2831)…………………………………
畜禽粪便施用对稻麦轮作土壤质量的影响 李江涛, 钟晓兰,赵其国 (2837)……………………………………
土霉素胁迫下拟南芥基因组 DNA甲基化的 MSAP分析 杜亚琼,王子成,李摇 霞 (2846)………………………
甲藻孢囊在长山群岛海域表层沉积物中的分布 邵魁双,巩摇 宁,杨摇 青,等 (2854)……………………………
湖南省城市群生态网络构建与优化 尹海伟, 孔繁花,祈摇 毅,等 (2863)………………………………………
基于多智能体与元胞自动机的上海城市扩展动态模拟 全摇 泉, 田光进,沙默泉 (2875)………………………
城市道路绿化带“微峡谷效应冶及其对非机动车道污染物浓度的影响 李摇 萍,王摇 松,王亚英,等 (2888)…
专论与综述
北冰洋微型浮游生物分布及其多样性 郭超颖,王桂忠,张摇 芳,等 (2897)………………………………………
种子微生物生态学研究进展 邹媛媛,刘摇 洋,王建华,等 (2906)………………………………………………
条件价值评估的有效性与可靠性改善———理论、方法与应用 蔡志坚,杜丽永,蒋摇 瞻 (2915)…………………
问题讨论
中国生态学期刊现状分析 刘天星,孔红梅,段摇 靖 (2924)………………………………………………………
研究简报
四季竹耐盐能力的季节性差异 顾大形,郭子武,李迎春,等 (2932)………………………………………………
新疆乌恰泉华地震前后泉水细菌群落的变化 杨红梅,欧提库尔·玛合木提,曾摇 军,等 (2940)………………
两种猎物对南方小花蝽种群增长的影响及其对二斑叶螨的控害潜能 黄增玉,黄林茂,黄寿山 (2947)………
学术信息与动态
全球变化下的国际水文学研究进展:特点与启示 ———2011 年欧洲地球科学联合会会员大会述评
卫摇 伟,陈利顶 (2953)
……………
…………………………………………………………………………………………
期刊基本参数:CN 11鄄2031 / Q*1981*m*16*302*zh*P* ￥ 70郾 00*1510*34*
室室室室室室室室室室室室室室
2011鄄05
封面图说: 藏酋猴(Macaca thibetana)属猴科(Cercopithecidae )猕猴属(Macaca)又名四川短尾猴、大青猴,为我国特有灵长类之
一,被列为国家二级保护野生动物;近年来,由于人类活动加剧,栖息环境恶化,导致藏酋猴种群数量和分布日趋缩
小;本照片摄于四川卧龙国家级自然保护区(拍摄时间:2010 年 3 月)。
彩图提供: 中国科学院生态环境研究中心张晋东博士摇 E鄄mail:zhangjd224@ 163. com
生 态 学 报 2011,31(10):2846—2853
Acta Ecologica Sinica
http: / / www. ecologica. cn
基金项目:国家自然科学基金 (30900973)
收稿日期:2010鄄07鄄14; 摇 摇 修订日期:2011鄄02鄄28
*通讯作者 Corresponding author. E鄄mail: wzc@ henu. edu. cn
土霉素胁迫下拟南芥基因组 DNA
甲基化的 MSAP分析
杜亚琼,王子成*,李摇 霞
(河南大学生命科学学院 /植物种植资源与遗传工程实验室,河南开封摇 475004)
摘要:以拟南芥 (Arabidopsis thaliana)为材料,研究不同土霉素浓度下拟南芥幼苗生长发育及基因组 DNA的甲基化水平和变化
模式。 结果表明,3、5、7、9 滋mol / L土霉素胁迫对拟南芥幼苗的根长和株高有显著抑制作用;但对拟南芥幼苗的侧根数量有显
著促进作用。 甲基化敏感扩增多态性 (methylation鄄sensitive amplification polymorphism, MSAP)分析表明,经 3、5、7、9 滋mol / L土
霉素处理后基因组 DNA甲基化比率分别为 17. 91% 、12. 50% 、11. 81%和 14. 62% ,均低于对照 (18. 18% )。 结果表明,拟南芥
经土霉素胁迫后存在基于 DNA甲基化水平和模式改变的表观遗传变异,5鄄甲基胞嘧啶百分含量的变化无统一趋势或规律。 与
对照相比,3、5、7、9 滋mol / L 土霉素胁迫下拟南芥幼苗基因组 DNA 的甲基化和去甲基化分别为 13. 29% 、9. 22% 、8. 03% 、
12郾 59%和 2. 80% 、4. 26% 、5. 11% 、4. 90% 。 由此推测,DNA甲基化可能是植物适应土霉素胁迫机制的机制之一。
关键词:拟南芥;DNA甲基化;MSAP;土霉素胁迫
MSAP analysis of DNA methylation in Arabidopsis (Arabidopsis thaliana) under
Oxytetracycline Stress
DU Yaqiong, WANG Zicheng*, LI Xia
College of Life Science, Henan University / Lab. of Plant Germplasm Resources & Genetic Engineering, Kaifeng Henan 475004, China
Abstract: The objectives of this research were to assess the effect of oxytetracycline stress on the development as well as
genomic DNA methylation levels and patterns of Arabidopsis thaliana seedlings. Oxytetracycline at concentrations of 3, 5,
7, and 9 mol / L visibly inhibited root and stem enlongation of A. thaliana seedlings, but significantly promoted lateral root
proliferation. Methylation sensitive amplified polymorphism (MSAP) analysis showed that genomic DNA methylation levels
of oxytetracycline stressed seedlings were lower than that of the untreated plants. The results indicated that oxytetracycline
stress induced epigenetic variations in A. thaliana seedlings; no clear trend or pattern of 5鄄methylcytosine percentage
change emerged. At oxytetracycline concentrations of 3, 5, 7, and 9 mol / L, methylation and demethylation of A. Thaliana
seedling genomic DNA were respectively 13. 29% , 9. 22% , 8. 03% , 12. 59% and 2. 80% , 4. 26% , 5. 11% , 4. 90% .
We suggest that DNA methylation might be one of the mechanisms used by plants to combat oxytetracycline stress.
Key Words: Arabidopsis; DNA methylation; MSAP; oxytetracycline stress
抗生素是某些微生物在代谢过程中产生的能抑制或杀灭其他病原微生物的化学物质。 如果大量使用或
滥用,那么其代谢产物可能过量的蓄积、储存于动物的细胞、组织器官中,人们通过食取可能会引起体内的病
变[1]。 土壤 (或沉积物)是抗生素等污染物质的最终归宿之地,进入环境中的抗生素将在土壤 /沉积物中积
累,对土壤生态系统产生一定的影响[2]。 抗生素的环境污染和生态毒性近年来已经引起极大的关注[3]。 土
霉素 (oxytetracycline)是目前使用量最大的四环素类抗生素,具有广谱抗菌性,化学结构稳定,在环境中存在
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时间较长[4],其环境行为和生态效应引起环境领域的广泛关注。 在德国,Winckler 等人发现四环类抗生素在
农田土壤中的浓度范围是 450—900 滋g / kg[5], Jacobsen 等人发现土霉素在水产养殖的底泥中的浓度介于
0郾 1—4. 9 mg / kg(干重)之间[6]。 如此高浓度的土霉素,必将成为环境污染的潜在隐患。 Kumar[7]和 Boxall[8]
等人发现蔬菜可以选择性的从土壤中吸收部分抗生素。 Bradel 等[9]发现四环素可以通过抑制植原体的活性
而影响幼芽分枝。 因此,研究土霉素对环境和生态的影响具有重要的科学价值和现实意义。 目前对土霉素在
土壤及植物中的积累研究较多,而土霉素对植物本身,尤其是遗传的影响较为缺乏。 近来有人发现,土霉素可
以通过提高 DNA甲基化水平对泡桐丛枝病产生一定的防治效果[10],表明土毒素对植物的遗传也有一定的
影响。
DNA甲基化(DNA methylation)是真核生物基因组最常见的一种 DNA 共价修饰形式,广泛存在于各种有
机体中。 DNA甲基化主要发生在 5忆鄄CpG鄄3忆二核苷酸序列 (偶尔为 5忆鄄CpNpG鄄3忆)上,产生 5鄄甲基脱氧胞嘧啶
核苷酸 (m5C) [11]。 DNA甲基化特别是胞嘧啶的甲基化具有表观遗传效应和突变效应。 作为一种表观遗传
修饰,DNA甲基化并不改变碱基的排列顺序,但是阻断了遗传信息的传递,从而引起形态性状的变化,是现代
表观遗传学研究的主要内容和热点之一[12]。
为了研究土霉素对植物表观遗传信息的影响,本文以模式植物拟南芥(Arabidopsis thaliana) 为材料,对其
种子进行不同浓度土霉素处理,观察其生长发育的变化,并采用 MSAP检测处理后材料的基因组 DNA 甲基化
水平变异情况,为从分子水平上探讨土霉素对植物生长发育的影响提供参考。
1摇 材料与方法
1. 1摇 实验材料
拟南芥 (Arabidopsis thaliana)以 Col鄄0 生态型为实验材料。 土霉素为分析纯,购于 Solarbio公司。
1. 2摇 实验材料的培养与土霉素胁迫处理
拟南芥干燥的种子经 75%乙醇表面消毒 30 秒,移去乙醇,加入 0. 1%升汞表面消毒 5—8min,无菌水冲洗
6—8 次后,点种于 MS固体培养基(MS盐+3%蔗糖+1. 2%琼脂,pH 5. 8)上,于 4益条件下春化 3d,放于培养
间(光 /暗为 16h / 8h,温度 18—22益,光照强度 150 滋mol·m-2·s-1,相对湿度 80% )中培养 6d 后供实验用。 将
MS固体培养基 (MS盐+3%蔗糖+1. 2%琼脂,pH 5. 8)灭菌后,在超净台中凉至 50—60益,分别加入 3、5、7、9
滋mol / L的土霉素,挑选长势一致的幼苗移于含土霉素的培养基中进行处理,对照为无土霉素的普通 MS 培养
基。 土霉素处理 10d,每个处理 100 株拟南芥,重复 3 次。 生长 16d的幼苗从培养皿转移到蛭石 颐营养土= 1 颐1
的土壤中继续于培养间培养,用透明塑料罩遮盖好,保持幼苗处于湿度较高的环境,大约两周后即可把罩子取
掉,9 周后可以收获种子。
1. 3摇 土霉素处理拟南芥后的生长测定
将消毒后的拟南芥种子,点种于分别添加 3、5、7、9 滋mol / L 土霉素的 MS 固体培养基(MS 盐+3%蔗糖+
0郾 6%琼脂,pH 5. 8)上,对照为无土霉素的普通 MS培养基,统计对照和处理材料 1—6d内的萌发率。 土霉素
处理 10d后,测定幼苗每株主根长(cm) 和侧根数量。 根长和侧根数测定采用直接法[13]。 移苗后记录抽薹和
开花时间以及种子成熟时株高等表型特征。 每个处理 100 株,重复 3 次。
1. 4摇 拟南芥 DNA的提取
对照和处理的拟南芥幼苗培养 16d后用于提取 DNA。 每个处理的材料,分别取 30—40 株幼苗上的嫩叶
混合。 采用 CTAB法[14]提取 DNA。 去除 RNA 纯化后的 DNA 质量和浓度检测采用 0. 8%的琼脂糖凝胶电泳
和紫外分光光度计 (北京普析,TU鄄1800)进行检测,于 4益或-20益冰箱中保存备用。
1. 5摇 MSAP分析
MSAP分析操作过程均参照何艳霞等[15]所述方法。 分子标记检测所用的接头及引物均由上海生工公司
合成。
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2摇 结果与分析
2. 1摇 土霉素胁迫对拟南芥的生长发育影响
摇 摇 土霉素处理影响植物的生长发育 (图 1)。 统计不同浓度土霉素处理后拟南芥种子的萌发率。 与对照相
比,3 滋mol / L处理组对种子萌发影响最小,而 7—9 滋mol / L土霉素处理显著抑制种子萌发,10 滋mol / L以上土
霉素处理时种子完全不能萌发 (图 2)。
图 1摇 土霉素处理影响植物的生长发育
Fig. 1摇 Oxytetracycline treatment affects plant growth and development
土霉素处理 10d的拟南芥幼苗, 土霉素浓度分别为(a)0 滋mol / L,(b)3 滋mol / L,(c)5滋mol / L,(d)7 滋mol / L,(e)9 滋mol / L
不同浓度土霉素处理均可促进拟南芥幼苗侧根的生长。 与对照相比,处理 10d 时,5 滋mol / L 土霉素对侧
根的促进作用最显著;土霉素对拟南芥幼苗根生长有明显的抑制作用,土霉素处理浓度越高,幼苗的根长越
短。 移苗于营养土后,待种子成熟时测量株高,与对照相比,经土霉素处理的拟南芥在解除胁迫生长 60d 后,
株高均低于对照 (图 3)。
图 2摇 不同浓度土霉素处理的拟南芥种子萌发率
摇 Fig. 2 摇 The germination rate of Arabidopsis seeds in different
treatment concentrations of oxytetracycline
图 3摇 土霉素对拟南芥生长的影响
摇 Fig. 3 摇 Effect of oxytetracycline on the growth of Arabidopsis
seedlings摇
每个处理 100 株,重复 3 次
土霉素影响拟南芥抽薹和开花时间。 当土霉素浓度为 3 滋mol / L 时,抽薹和开花时间均早于对照 1d;5
滋mol / L时抽薹时间与对照一致,开花时间晚于对照 1d;而当浓度在 7 滋mol / L以上时,抽薹和开花时间均晚于
对照 (图 4)。
在不同土霉素浓度胁迫下,拟南芥种子萌发率,根伸长和侧根数量对土霉素的生态毒理性敏感顺序依次
为:根伸长﹥萌发率﹥侧根数量。 根伸长抑制率是此种抗生素最好的生态毒理性指标。 这可能与拟南芥的根
是土霉素的主要积累位置有关,这与前人的研究结果一致。 Migliore等[16]发现生菜的根是恩诺沙星积累的主
要位置。 崔馨等[17]发现土霉素抑制生菜根的生长,土霉素浓度越高抑制作用越显著。 土霉素对拟南芥抽薹
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图 4摇 不同浓度土霉素处理对拟南芥抽薹和开花时期的影响
摇 Fig. 4 摇 The Bolting and Flowering time of Arabidopsis in
different treatment concentrations of oxytetracycline
和开花时间及株高均有的抑制作用,浓度越高抑制作用
越显著。 这可能是由于土霉素被植物吸收后在体内长
期残留,随土霉素浓度的增加,拟南芥幼苗基因组 DNA
的去甲基化急剧降低,而甲基化显著升高,生长也受到
抑制。
2. 2摇 土霉素胁迫引起的甲基化水平变化
Hap域和 Msp玉是一组同裂酶,二者均识别并切割
5忆鄄CCGG鄄3忆序列,但是,Hap域对胞嘧啶的甲基化极其敏
感,它不能切割任何一个或两个胞嘧啶均甲基化的序
列,也即 Hap域对 5忆鄄CmCGG鄄 3忆、5忆鄄mCCGG鄄 3忆 和 5忆鄄
mCmCGG鄄3忆 都不能表现活性,但是若只在单链发生甲
基化,它是能够识别并切割的。 而 Msp玉只对外部胞嘧
啶的甲基化敏感,即 Msp玉可以切割 5忆鄄CmCGG鄄 3忆,但
不能切割 5忆鄄mCCGG鄄 3忆。 样品 DNA 经 Hap域/ EcoR玉
(H) 和 Msp玉/ EcoR玉(M) 酶切后的产物通常有 4 种
甲基化类型,但在聚丙烯酰胺凝胶电泳分析胶上只能检
摇 图 5摇 土霉素处理与对照之间拟南芥幼苗基因组的甲基化敏感性
扩增结果
Fig. 5 摇 Profiles of MSAP in Arabidopsis between control and
oxytetracycline treatments
H1,H2,H3,H4,H5 为 Hpa域/ EcoR玉酶切, M1,M2,M3,M4,M5 为
Mspl / EcoR玉酶切. H1 和 M1 泳道为对照组的 MSAP 带型. 而
H2,H3, H4,H5 和 M2,M3,M4,M5 泳道为处理组的 MSAP带型
测出 3 种甲基化类型。 玉型带是在 EcoR玉 / Hpa域和
EcoR玉/Msp玉两种酶切组合中均出现的带,表明 CCGG
位点未发生甲基化(图 5a);域型带是在 EcoR玉/ Hpa域
酶切中不出现但在 EcoR玉/Msp玉中出现,表明 CCGG
位点发生全甲基化(图 5b);芋型带是在 EcoR玉/ Hpa域
酶切中出现但在 EcoR玉/Msp玉中不出现的带,表明
CCGG位点发生半甲基化(图 5c)。 用 EcoR玉和 Hpa域鄄
Msp玉的 10 对引物组合共扩增出 1138 条带型分布见
表 1。
为了检测拟南芥在响应土霉素胁迫过程中的 DNA
甲基化模式,利用不同的引物组合对来自对照和土霉素
处理的拟南芥基因组 DNA 进行 MSAP 分析。 表 1 表
明,不同浓度的土霉素胁迫能导致拟南芥幼苗全基因组
DNA胞嘧啶甲基化水平的降低,而且 7 滋mol / L 以下土
霉素胁迫时半甲基化率高于全甲基化率,9 滋mol / L 时
半甲基化率低于全甲基化率。 由此推测,拟南芥经土霉
素胁迫后存在基于 DNA甲基化水平和模式改变的表观
遗传变异,对照和土霉素处理样品在所检测到的内侧 C
完全甲基化水平上有升有降,均表现出不同程度的变
异,但无统一规律。 而外侧 C 半甲基化水平随胁迫浓
度的增加呈下降的趋势。 在 7 滋mol / L以下土霉素胁迫
时拟南芥基因组 CCGG位点发生甲基化的方式主要是以双链半甲基化(mCCGG)为主;9 滋mol / L 时拟南芥基
因组 CCGG位点发生甲基化的方式以双链全甲基化(CmCGG)为主,10 滋mol / L 以上土霉素处理的幼苗全部
死亡。
9482摇 10 期 摇 摇 摇 杜亚琼摇 等:土霉素胁迫下拟南芥基因组 DNA甲基化的 MSAP分析 摇
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表 1摇 不同浓度土霉素处理对拟南芥幼苗基因组 DNA甲基化水平的影响
Table 1摇 Effects of different oxytetracycline concentrations on the levels of genomic DNA methylation in Arabidopsis seedlings
土霉素浓度
/ (滋mol / L)
Oxytetra鄄
cycline
concentration
甲基化扩增类型 Types of amplified bands
未甲基化的 CCGG位点
The CCGG loci of
non鄄methylated
甲基化的 CCGG位点
The CCGG loci of methylated
完全甲基化位点
Fully methylated loci
半甲基化位点
Half methylated loci
类型玉
Type 玉
比例
Ratio
/ %
类型域
Type 域
比例
Ratio
/ %
类型芋
Type 芋
比例
Ratio
/ %
总扩增带数a
Total
amplified
bandsa
总甲基化
带数b
Total
methylated
bandsb
甲基化带比
Methylated
Bands
ratio / %
CK 234 81. 82 32 11. 19 20 6. 99 286 52 18. 18
3 220 82. 09 22 8. 21 26 9. 70 268 48 17. 91
5 238 87. 50 14 5. 15 20 7. 35 272 34 12. 50
7 224 88. 19 14 5. 51 16 6. 30 254 30 11. 81
9 222 85. 38 30 11. 54 8 3. 08 260 38 14. 62
摇 摇 a:总扩增带数= 玉+域+芋;b:总甲基化带数 = 域+芋;完全甲基化比率 =类型域/总扩增带数;半甲基化比率 =类型芋/总扩增带数;甲基化
带比=总甲基化带数 /总扩增带数
2. 3摇 土霉素胁迫引起的甲基化状态变化
利用不同的引物组合在 4 个土霉素处理和对照样品 DNA的 Hpa域/ EcoR玉(H) 和 Msp玉/ EcoR玉(M)酶
切产物中进行选择性扩增。 各引物组合检测到条带数目为 15—40,平均约 25 条。
土霉素处理与对照的甲基化敏感性扩增共出现 12 种带型 (表 2)。 甲基化带型主要有多态性和单态性 2
种。 多态性即对照与处理在甲基化模式上不同,表明 CCGG位点甲基化状态在土霉素处理后发生改变。 该多
态性又有 3 种状态即甲基化 (A型)、去甲基化 (B型)和不定类型 (C型)。 其中,A型中的 A1 和 A2 为重新
甲基化 (对照 H和 M泳道都有带,而处理仅 H或 M泳道有带),A3 和 A4 为超甲基化 (对照仅 H 或 M 有一
条带,而处理 H和 M泳道都没带)。 A型表明土霉素胁迫诱导拟南芥幼苗基因组 DNA 发生了甲基化水平增
加的变化;B型含 B1、B2、B3 和 B4,为去甲基化类型,甲基化状态与 A型相反,表明土霉素胁迫后基因组 DNA
发生了甲基化水平下降的变化;C型为不定类型,对照组与处理组中 DNA甲基化程度的差异无法确定。 单态
性即对照与处理之间有相同的带型 (D型),表明土霉素处理后 CCGG位点的甲基化状态没发生变化。 其中,
D1 型为未甲基化,D2 和 D3 为半甲基化。 处理与对照的甲基化模式带型 A、B、C 和 D 及相应的位点数见
表 2。
3、5、7、9 滋mol / L 土霉素处理的拟南芥幼苗基因组 DNA甲基化 (A 型)位点数分别占总甲基化多态性扩
增位点数的 13. 29% 、9. 22% 、8. 03% 和 12. 59% ;去甲基化 (B型)位点数分别占总甲基化多态性扩增位点数
的 2. 80% 、 4. 26% 、 5. 11% 和 4. 90% 。 与对照相比,3、5、7、9 滋mol / L 土霉素处理后的总甲基化多态性分别
为 16. 08% 、13. 48% 、13. 87% 和 17. 48% (表 3)。 由此推测,土霉素处理后拟南芥幼苗基因组 DNA 的甲基
化程度增加;在扩增的甲基化位点中,不同浓度土霉素胁迫均诱导甲基化的位点数高于发生去甲基化的位点
数 (图 6),同时基因组 DNA甲基化多态性也随之有升有降。 表明拟南芥幼苗基因组 DNA的甲基化和去甲基
化之比会随着土霉素胁迫的增强而发生不同程度的变异。
3摇 讨论
植物在生长发育过程中,DNA甲基化水平的改变在调控重要功能基因表达、基因组防御以及细胞发育与
分化等方面具有重要作用[18鄄19]。 植物基因中的启动子和编码区的过度甲基化能阻碍转录因子复合体与 DNA
的结合,抑制基因的表达,引起基因沉默;而去甲基化则有利于基因表达。 因此,掌握基因组甲基化水平的变
化有助于研究功能基因的表达调控以及植物适应逆境胁迫的分子机理。
0582 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 31 卷摇
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表 2摇 土霉素处理与对照的甲基化状态
Table 2摇 Patterns of DNA methylation in oxytetracycline treatments and control
酶切a Digestiona
H M H M
甲基化状态变化
Changes of methylation status
处理前
Before treatment
处理后
After treatment
对照与土霉素处理的比较
Comparison between the controls
and oxytetracycline treatment
CK鄄3 CK鄄5 CK鄄7 CK鄄9
带型
Band
Pattern
0 0 0 1 CCGGGGCC
CCGG
GGCC 2 0 2 4 B3
0 0 1 1 CCGGGGCC
CCGG
GGCC 1 2 2 0 B4
0 1 1 1 CCGGGGCC
CCGG
GGCC 1 3 2 2 B1
1 0 1 1 CCGGGGCC
CCGG CCGG
GGCC GGCC 0 1 1 1 B2
1 1 1 0 CCGGGGCC
CCGG CCGG
GGCC GGCC 6 0 0 0 A2
1 1 0 1 CCGGGGCC
CCGG
GGCC 1 0 0 5 A1
0 1 0 0 CCGGGGCC
CCGG
GGCC 8 6 8 8 A3
1 0 0 0 CCGG CCGGGGCC GGCC
CCGG
GGCC 4 7 3 5 A4
0 1 1 0 CCGGGGCC
CCGG CCGG
GGCC GGCC 0 0 1 0 C
1 1 1 1 CCGGGGCC
CCGG
GGCC 108 113 107 108 D1
1 0 1 0 CCGG CCGGGGCC CCGG
CCGG CCGG
GGCC GGCC 5 2 6 4 D2
0 1 0 1 CCGGGGCC
CCGG
GGCC 7 7 5 6 D3
摇 摇 a:H和 M分别代表 Hpa域/ EcoR玉和 Mspl / EcoR玉酶切; C和 CC表示甲基化的胞嘧啶;1:有带,0:无带;;CK鄄3,CK鄄5,CK鄄7,CK鄄9 分别表示
拟南芥在 3,5,7 和 9 滋mol·L-1土霉素处理后与对照之间的甲基化带型差异数量比较
表 3摇 土霉素处理对拟南芥幼苗基因组 DNA甲基化状态的影响
Table 3摇 Effects of different oxytetracycline concentrations on the Patterns of genomic DNA methylation in Arabidopsis seedlings
对照与土霉素
处理的比较
Comparison between
the controls and
oxytetracycline
treatment
甲基
化带a
Methylated
bandsa
总甲基化多态性带型 Polymorphism Bands
A型
Type
A
比率
Ratio
/ %
B型
Type B
比率
Ratio
/ %
C型
Type C
比率
Ratio
/ %
多态
性带b
Polymorphism
bands
比率
Ratio
/ %
单态性带型
Monomorphism
Bands
D型
Type D
比率
Ratio
/ %
CK鄄3 143 19 13. 29 4 2. 80 0 0 23 16. 08 120 83. 92
CK鄄5 141 13 9. 22 6 4. 26 0 0 19 13. 48 122 86. 52
CK鄄7 137 11 8. 03 7 5. 11 1 0. 73 19 13. 87 118 86. 13
CK鄄9 143 18 12. 59 7 4. 90 0 0 25 17. 48 118 82. 52
摇 摇 a:甲基化带数= A+B+C+D;b:多态性带数= A+B+C;总甲基化多态性比率=类型 A+B+C /总甲基化带数;单态性比率=类型 D /总甲基化带
数;CK鄄3,CK鄄5,CK鄄7,CK鄄9 分别表示拟南芥在 3,5,7 和 9 滋mol·L-1土霉素处理后与对照之间的甲基化带型差异数量比较
通常高等植物 DNA被甲基化的碱基是胞嘧啶,不同植物及不同组织 DNA甲基化不完全一致[18]。 另外,
在植物基因组中,CAG、CTG和 CCG位点也经常发生甲基化,但 MSAP 方法只能检测 CG 和部分 CCG 的甲基
化情况且对于双链内外胞嘧啶甲基化无法检测,因此整个基因组中胞嘧啶的实际甲基化率可能高于本实验的
结果。 逆境胁迫能够提高 DNA甲基化水平,如重金属 (Cd、Pb)可以引起水稻、小麦、油菜等幼苗基因组中的
总甲基化水平升高[20鄄21]。 但在本研究中,拟南芥在土霉素处理下存在基于 DNA 甲基化水平和模式改变的表
1582摇 10 期 摇 摇 摇 杜亚琼摇 等:土霉素胁迫下拟南芥基因组 DNA甲基化的 MSAP分析 摇
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摇 图 6摇 土霉素胁迫引起的拟南芥幼苗基因组 DNA 甲基化和去甲
基化的变化趋势
Fig. 6摇 Trends of DNA methylation and demethylation changes in
Arabidopsis under oxytetracycline stress
观遗传变异。 土霉素胁迫浓度与拟南芥基因组 DNA甲
基化水平变化无线性相关性,但土霉素胁迫下的拟南芥
幼苗基因组 DNA甲基化水平均低于对照。 不同土霉素
浓度胁迫下,DNA甲基化模式的变异有明显差异;甲基
化变异模式以甲基化为主 (8. 03%—13. 29% ),去甲基
化变异较少 (2. 80%—5. 11% )。 这与在萘污染胁迫浓
度与水稻叶片基因组 DNA甲基化水平变化无线性相关
性结果相一致[22]。 土霉素胁迫下的拟南芥幼苗基因组
DNA甲基化水平均低于对照,推测是由于胁迫引起低
甲基化与基因表达有关。 研究表明,低甲基化被认为是
一种简单且间接影响逆境胁迫的方式或者是一种准确
调控基因表达的防御机制,因此特异序列的甲基化变异
经常与基因表达改变有关[23]。
对不同浓度土霉素胁迫下拟南芥基因组 DNA甲基
化模式的分析表明,随着土霉素浓度的增加,拟南芥幼
苗基因组 DNA甲基化的比率均高于去甲基化比率 (图
6)。 这与其它逆境胁迫下 DNA甲基化模式变化趋势一致。 另外,土霉素胁迫下拟南芥基因组 DNA的甲基化
模式变化趋势也与其生长趋势相似。 土霉素浓度在 3—9 滋mol / L时拟南芥基因组 DNA的去甲基化比率均低
于甲基化比率,生长受到抑制;浓度越高,抑制作用越显著。 由此推测,拟南芥经土霉素处理后基因组 DNA某
些位点的甲基化状态发生变化而使基因表达发生了改变,产生或启动对土霉素胁迫的能动应激机制,当胁迫
持续增强时利用甲基化关闭相关基因而终止其表达,以减少消耗来维持最低的生长发育。 这与生长在高电离
辐射区的松树基因组 DNA 发生甲基化程度升高的变异,构建基因组防御体系以维持基因组稳定的机制相
似[20]。 表观遗传的改变如降低 DNA甲基化水平可能对植物生态上重要性状的基因型,可变性和重塑性有极
为重要的影响。 在植物群体的进化生态上,表观遗传变异可能是一个被忽视的因素[24]。 植物在应对环境刺
激时甲基化水平的改变是动态的,环境刺激比如铝[25],重金属[26]和水胁迫[27]也造成了全基因组和特定位点
胞嘧啶甲基化水平的增加和降低[28]。
通过 MSAP检测到在不同浓度土霉素胁迫下拟南芥基因组中的胞嘧啶甲基化存在差异,这些差异的片段
与拟南芥响应土霉素胁迫是否有关,具体涉及哪些基因,尚需进一步研究证实。 需要许多含甲基化修饰的 5忆鄄
CCGG鄄3忆序列的分离和基因功能的研究才能更深入地理解土霉素胁迫下基因组 DNA的甲基化和逆境适应的
机制。
致谢:河南大学植物逆境实验室武桂丽、戚欢欢对实验提供支持,河南大学生态科学与技术研究所王晓辉老师
对论文写作给予帮助.
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3582摇 10 期 摇 摇 摇 杜亚琼摇 等:土霉素胁迫下拟南芥基因组 DNA甲基化的 MSAP分析 摇
ACTA ECOLOGICA SINICA Vol. 31,No. 10 May,2011(Semimonthly)
CONTENTS
Circadian activity pattern of giant pandas during the bamboo growing season
ZHANG Jindong, Vanessa HULL,HUANG Jinyan, et al (2655)
……………………………………………………………
……………………………………………………………………
The vivipary characteristic of Anabasis elatior and its ecological adaptation HAN Jianxin, WEI Yan, YAN Cheng, et al (2662)……
Relationships between plant community characteristics and environmental factors in the typical profiles from Dzungaria Basin
ZHAO Congju, KANG Muyi, LEI Jiaqiang (2669)
………
…………………………………………………………………………………
The relationship between pollen assemblage in topsoil and vegetation in karst mountain during different restoration period of typical
vegetation community HAO Xiudong, OUYANG Xuhong,XIE Shiyou,et al (2678)………………………………………………
Early responses of soil CO2 emission to simulating atmospheric nitrogen deposition in an alpine meadow on the Qinghai Tibetan Plateau
ZHU Tianhong, CHENG Shulan, FANG Huajun, et al (2687)……………………………………………………………………
Spatial pattern of soil moisture and vegetation attributes along the critical area of desertification in Southern Mu Us Sandy Land
QIU Kaiyang, XIE Yingzhong, XU Dongmei, et al (2697)
……
…………………………………………………………………………
Dynamics ofdominant tree seedlings in montane evergreen broadleaved forest following a snow disaster in North Guangdong
OU Yuduan, SU Zhiyao, XIE Dandan, et al (2708)
…………
………………………………………………………………………………
A comparative analysis of the hydrological effects of the four cypress stand types in Sichuan Basin
GONG Gutang, CHEN Junhua, LI Yanqiong, et al (2716)
……………………………………
…………………………………………………………………………
Effect of cutting management on soil moisture in semi鄄arid Loess Hilly region LI Yaolin, GUO Zhongsheng (2727)…………………
Dynamics of understory vegetation biomass in successive rotations of Chinese fir (Cunninghamia lanceolata) plantations
YANG Chao,TIAN Dalun,HU Yueli,et al (2737)
……………
…………………………………………………………………………………
Spatial and temporal variation of solar radiation in recent 48 years in North China
YANG Jianying, LIU Qin,YAN Changrong, et al (2748)
……………………………………………………
…………………………………………………………………………
Impact of stand features of short鄄rotation poplar plantations on canker disease incidence at a mesoscale landscape: a case study
in Qingfeng County, Henan Province, China WANG Jing,CUI Lingjun,LIANG Jun,et al (2757)………………………………
Effects of different soil tillage systems on weed biodiversity and wheat yield in winter wheat (Triticum aestivum L. ) field
TIAN Xinxin, BO Cunyao, LI Li, et al (2768)
……………
……………………………………………………………………………………
Habitat suitability evaluation of Elliot忆s pheasant (Syrmaticus ellioti) in Guanshan Nature Reserve
CHEN Junhao, HUANG Xiaofeng, LU Changhu,et al (2776)
……………………………………
………………………………………………………………………
Relationships between arthropod community characteristic and meteorological factors in Zanthoxylum bungeanum gardens
GAO Xin, ZHANG Xiaoming, YANG Jie, et al (2788)
……………
……………………………………………………………………………
The differences of ecosystem services between vegetation restoration modelsat desert front
ZHOU Zhiqiang, LI Ming, HOU Jianguo, et al (2797)
……………………………………………
……………………………………………………………………………
Response to salt stresses and assessment of salt tolerability of soybean varieties in emergence and seedling stages
ZHANG Haibo, CUI Jizhe, CAO Tiantian, et al (2805)
……………………
……………………………………………………………………………
Dynamic change of salt contents in rhizosphere soil of salt鄄tolerant plants DONG Liping, CAO Jing,LI Xianting, et al (2813)………
Effect of short鄄term salt stress on the absorption of K+ and accumulation of Na+,K+ in seedlings of different wheat varieties
WANG Xiaodong, WANG Cheng, MA Zhihong, et al (2822)
…………
………………………………………………………………………
Effects of the micro鄄environment inside fruit bags on the structure of fruit peel in ‘Fuji爷 apple
HAO Yanyan, ZHAO Qifeng, LIU Qunlong, et al (2831)
………………………………………
…………………………………………………………………………
Enhancement of soil quality in a rice鄄wheat rotation after long鄄term application of poultry litter and livestock manure
LI Jiangtao, ZHONG Xiaolan, ZHAO Qiguo (2837)
…………………
………………………………………………………………………………
MSAP analysis of DNA methylation in Arabidopsis (Arabidopsis thaliana) under Oxytetracycline Stress
DU Yaqiong, WANG Zicheng, LI Xia (2846)
………………………………
………………………………………………………………………………………
Distribution of dinoflagellate cysts in surface sediments from Changshan Archipelagoin the North Yellow Sea
SHAO Kuishuang, GONG Ning,YANG Qing, et al (2854)
…………………………
…………………………………………………………………………
Developing and optimizing ecological networks in urban agglomeration of Hunan Province, China
YIN Haiwei, KONG Fanhua, QI Yi, et al (2863)
……………………………………
…………………………………………………………………………………
Dynamic simulation of Shanghai urban expansion based on multi鄄agent system and cellular automata models
QUAN Quan, TIAN Guangjin,SHA Moquan (2875)
…………………………
………………………………………………………………………………
“Micro鄄canyon effect冶 of city road green belt and its effect on the pollutant concentration above roads for non鄄motorized vehicles
LI Ping, WANG Song, WANG Yaying,et al (2888)
……
………………………………………………………………………………
Review and Monograph
The abundance and diversity of nanoplankton in Arcitic Ocean GUO Chaoying,WANG Guizhong,ZHANG Fang,et al (2897)………
Advances in plant seed鄄associated microbial ecology ZOU Yuanyuan,LIU Yang,WANG Jianhua,et al (2906)………………………
Improving validity and reliability of contingent valuation method through reducing biases and errors: theory, method and applic鄄
ation CAI Zhijian, DU Liyong, JIANG Zhan (2915)………………………………………………………………………………
Discussion
The analysis of Chinese ecological academic journals LIU Tianxing, KONG Hongmei, DUAN Jing (2924)……………………………
Scientific Note
Seasonal variations in salt tolerance of Oligostachyum lubricum GU Daxing, GUO Ziwu, LI Yingchun, et al (2932)…………………
Variation of a spring bacterial community from Wuqia Sinter in Xinjiang during the pre鄄 and post鄄earthquake period
YANG Hongmei,OTKUR ·Mahmut,ZENG Jun,et al (2940)
…………………
………………………………………………………………………
Comparison of the effect of two prey species on the population growth of Orius similis Zheng and the implications for the control
of Tetranychus urticae Koch HUANG Zengyu, HUANG Linmao, HUANG Shoushan (2947)……………………………………
2009 年度生物学科总被引频次和影响因子前 10 名期刊绎
(源于 2010 年版 CSTPCD数据库)
排序
Order
期刊
Journal
总被引频次
Total citation
排序
Order
期刊
Journal
影响因子
Impact factor
1 生态学报 11764
2 应用生态学报 9430
3 植物生态学报 4384
4 西北植物学报 4177
5 生态学杂志 4048
6 植物生理学通讯 3362
7
JOURNAL OF INTEGRATIVE
PLANT BIOLOGY
3327
8 MOLECULAR PLANT 1788
9 水生生物学报 1773
10 遗传学报 1667
1 生态学报 1. 812
2 植物生态学报 1. 771
3 应用生态学报 1. 733
4 生物多样性 1. 553
5 生态学杂志 1. 396
6 西北植物学报 0. 986
7 兽类学报 0. 894
8 CELL RESEARCH 0. 873
9 植物学报 0. 841
10 植物研究 0. 809
摇 绎《生态学报》 2009 年在核心版的 1964 种科技期刊排序中总被引频次 11764 次,全国排名第 1; 影响因
子 1郾 812,全国排名第 14;第 1—9 届连续 9 年入围中国百种杰出学术期刊; 中国精品科技期刊
摇 摇 编辑部主任摇 孔红梅摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 执行编辑摇 刘天星摇 段摇 靖
生摇 态摇 学摇 报
(SHENGTAI摇 XUEBAO)
(半月刊摇 1981 年 3 月创刊)
第 31 卷摇 第 10 期摇 (2011 年 5 月)
ACTA ECOLOGICA SINICA
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Vol郾 31摇 No郾 10摇 2011
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