草间钻头蛛DNA甲基化敏感扩增多态性分析及内共生菌Wolbachia对其DNA甲基化影响研究

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DNA甲基化是一种重要的真核生物表观遗传学修饰方式,被认为是基因型与表型之间的环境响应中介,在生物体基因表达调控和维持基因组稳定性上发挥着重要作用。目前,节肢动物表观遗传学研究水平远落后于脊椎动物和高等植物,蜘蛛基因组DNA甲基化研究还未见报道。内共生菌Wolbachia是节肢动物体内普遍存在的母系遗传内共生菌,在宿主生殖操纵、RNA病毒抗性中发挥重要作用。有研究显示Wolbachia在宿主中的维持、Wolbachia对宿主的影响作用均与宿主DNA甲基化相关。草间钻头蛛Hylyphantes graminicola是我国农田中最常见的蜘蛛类群,能捕食包括蚜虫、叶蝉、飞虱、小菜蛾、玉米螟在内的等多种作物害虫,是潜在生物防治的类群之一;并且具有易饲养、繁殖速度快等特点。本论文以草间钻头蛛为研究对象,首次建立了蜘蛛基因组DNA甲基化的检测方法,并研究了内共生菌Wolbachia对草间钻头蛛DNA甲基化的影响作用。本研究将填补蜘蛛基因组甲基化研究的空白,为蜘蛛表观遗传学研究提供基础资料。同时,有助于了解Wolbachia与蜘蛛宿主之间的复杂共生关系,为农田蜘蛛的保护与利用,以及将Wolbachia用于害虫生物防治提供理论指导。本文的主要研究内容及结果如下:1.草间钻头蛛DNA甲基化敏感扩增多态性(MSAP)分析建立:以草间钻头蛛F0代雌蛛为实验材料进行MSAP分析,首次证明草间钻头蛛基因组存在DNA甲基化。由于MSAP分析中不同选择性引物的扩增效果具有明显差异,因此从36对选择性引物中筛选出9对多态性高、重复性好的引物作为后续实验引物,以此建立起更适合于草间钻头蛛基因组甲基化研究的MSAP分析体系。2.内共生菌Wolbachia感染对草间钻头蛛DNA甲基化影响:用优化后的MSAP分析方法对F1代不同感染种群草间钻头蛛进行DNA甲基化检测,比较DNA甲基化水平及模式差异。同时对部分甲基化条带进行了序列分析。结果显示:草间钻头蛛具有低水平DNA甲基化,且全甲基化化率显著高于半甲基化率(p<0.01)。无Wolbachia感染的雌、雄蛛具有相似的甲基化率(雄蛛8.67%,雌蛛8.72%;p=0.84),但甲基化图谱具有明显差异,推测与雌雄蛛分化相关。Wolbachia感染雌、雄蛛的DNA甲基化率(雌蛛7.18%,雄蛛6.31%)显著低于无感染雌、雄蛛(p<0.01),致使基因组呈现去甲基化状态。此外,Wolbachia感染雄蛛的DNA甲基化率显著低于感染雌蛛(p=0.001),可能与Wolbachia感染导致雄蛛一些重要的生理生化作用改变有关。甲基化条带序列分析显示:草间钻头蛛基因组的甲基化位点序列与基因表达调控和生理生化反应的基因序列相关。3.内共生菌Wolbachia感染对草间钻头蛛DNA甲基转移酶1基因表达的影响:通过对草间钻头蛛转录组数据进行分析,获取DNA methyltransferase 1(Dnmt1)基因相关序列,对其进行生物信息学分析和系统发育分析。进而利用q RT-PCR检测不同Wolbachia感染种群Dnmt1基因的表达量。结果表明,草间钻头蛛Dnmt1蛋白具有典型DNA甲基转移酶保守结构域,并与其他物种中的Dnmt1蛋白有近55%的同源性;草间钻头蛛的Dnmt1与昆虫的Dnmt1亲缘性最近,在进化上具有保守性。qRT-PCR结果显示Wolbachia感染显著抑制了Dnmt1基因表达量(p<0.01),结合基因组MSAP分析结果说明Dnmt1基因表达量的降低是导致基因组呈现去甲基化状态的重要原因。
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