DNA甲基化机制在植物辐射远程效应中的作用

低能离子辐照的诱变机理一直受到广泛的关注，我们前期的工作也证实在植物个体水平离子辐照可以诱导远程组织遗传改变，表明辐射诱导的远程遗传效应在低能离子辐射诱变中扮演着重要的角色。然而远程组织中DNA突变的增加是持续性的，甚至可以延续到子代个体中（基因组不稳定性），这个现象无法用辐射诱导的遗传效应来解释。在细胞中，DNA损伤-DDR机制之间的动态平衡维持着遗传信息的稳定性。以前的研究表明辐射后DNA损伤的发生是早期的，因此DNA突变的持续增加应该是DDR反应机制长期受到影响的结果。本项目以模式植物拟南芥菜为实验材料，通过研究根辐射后远程组织甲基化相关基因表达水平，DDR途径相关基因的甲基化模式改变，以及甲基化相关基因功能缺失遗传背景下基因组的稳定性，初步明确表观遗传机制通过调控DDR途径参与植物辐射远程效应的方式。

植物辐射旁效应的研究主要集中于发育、遗传改变方面以及相关的信号通路。研究表明辐射旁效应在本质上是表观的，然而到目前为止并没有这方面的直接证据。在本研究中，我们首先以基因组DNA甲基化水平作为检测终点，研究发现根辐照能够诱导地上部分总体甲基化水平和甲基化模式的改变，也改变了DNA甲基化和去甲基化酶的表达水平。考虑到DNA甲基化对基因表达的影响，我们又检测了辐射旁效应对TGS表观沉默重复序列的影响，发现辐射旁效应可以通过调控基因组重复序列影响基因组的稳定性。以上结果提供了表观机制参与辐射旁效应的初步证据。并且对于辐射旁效应介导表观调控基因激活的信号的时间效应作了初步的研究，在此基础上，我们同时研究了辐射旁效应信号的作用模式，研究了不同时间段产生的信号的协同效应，以及信号传递的方向性。在以上工作的基础上，我们进一步研究了微重力与植物辐射旁效应的偶联现象，结果显示微重力可以抑制辐射旁效应诱导的遗传和表观遗传改变，时间分析表明微重力主要影响了植物根部辐射旁效应信号的产生，以上结果建议我们在评估空间辐射风险是要考虑微重力这一重要的空间环境因子的作用。 DNA同源重组跨代遗传被认为是一个典型的表观遗传的现象，我们也研究了这一表观遗传现象的诱导和重离子辐射径迹结构之间的关系，发现碳离子辐射诱导的同源重组传代效应与重离子射程的物理Bragg分布并不吻合，为进一步揭示重离子辐射对生物表观层面的影响奠定了基础。