DNA甲基化在油菜小孢子胚胎发生过程中的调控机制研究

小孢子胚胎发生已成为植物胚胎发育理论研究的优良模式系统，且其产生的双单倍体广泛应用于图位克隆、关联分析和育种等应用基础研究领域。因此，小孢子胚胎发生机理的研究显得尤为重要。近年来，已有研究从转录组、蛋白组和代谢组等多方面对小孢子胚胎发生的机理进行了一些阐述，但其内在的机理依然不明。已有研究表明，DNA甲基化参与植物配子体发育及合子胚胎发生过程。然而，DNA甲基化是否参与小孢子胚胎发生过程仍然未知。因此，明确DNA甲基化在小孢子胚胎发生过程中的调控机理十分重要。本研究拟以甘蓝型油菜作为供试材料，对体内各时期小孢子及体外培养的各时期小孢子胚胎进行全基因组和特定基因的DNA甲基化分析，并比较体内和体外两种命运之间的甲基化差异，寻找小孢子胚胎发生中产生DNA甲基化变化的重要候选基因，从而试图探讨DNA甲基化在油菜小孢子胚胎发生命运决定中的作用。

小孢子胚胎发生作为植物胚胎发育理论研究的优良模式系统不仅在基础理论研究发挥重要作用，而且广泛应用于应用研究领域。尽管许多研究已从不同角度对小孢子胚胎发生的诱发机理进行了一些阐述，但该过程中DNA甲基化调控机理鲜有报道。本研究优化了甘蓝型油菜小孢子培养体系，利用显微操作和组织化学染色技术确定了单核时期小孢子形态和对应的花苞长度，完善了小孢子及小孢子胚胎材料收集方法，改进了适用于小孢子和小孢子胚胎的全基因组DNA及RNA抽提方法，摸索并建立了可靠的MSAP分析技术，预测了甘蓝型油菜AC基因组上CpG岛及Transposon elements分布，还建立了异源多倍体作物甘蓝型油菜重亚硫酸盐测序（BS-Seq）数据分析技术平台。我们的研究结果表明高出胚率品种DNA甲基化状态较低出胚率品种对热激胁迫更为敏感。同时也发现甘蓝型油菜C基因组比A基因组的DNA甲基化状态对热激反应更大。此外，我们也找到相应DMRs（Differential Methylation Regions）以及这些DMR所对应的基因。本研究为揭示甘蓝型油菜小孢子胚胎发生的调控机理提供了新思路。在该项目资助下，我们还对被子植物早期胚胎发生分子机理方面的研究进行了较为全面地总结和展望，还充分利用生物信息学在白菜A基因组中鉴定了和胚胎发生密切相关的几类基因家族，如nsLTPs (non-specific lipid transfer proteins), 为后期关键候选基因筛选工作奠定了基础。