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表观遗传机制参与植物的生长发育和抗逆性调控。辐射和微重力是空间环境中的两个重要胁迫因素,二者在空间生物学效应中的相互作用一直是该领域的研究重点。前期研究利用空间飞行,地面模拟处理线虫和拟南芥等模式生物,发现DNA损伤响应通路相关功能基因的表达受辐射和微重力的协同影响,同时也受生物体对重力和辐射的敏感性的影响。但表观遗传机制是如何参与其中尚不清楚。为进一步研究表观遗传机制在辐射和微重力效应中的调控作用,本研究将拟南芥野生型、重力信号传递缺陷型(pin2)突变体及辐射敏感(ttg1a)突变体的种子搭载于实践十号卫星上,进行了 303h的空间飞行,返回地面保存1062天后(观察空间飞行引起的慢性效应)进行种植,观察了拟南芥种子的生长发育性状,并通过高通量测序技术,对发育到营养生长期的叶片的基因组进行甲基化测序和转录组分析。研究结果表明,3种拟南芥的发芽势,发芽率,根长,根尖偏转角和光合特性(Fv/Fm)与对照组相比已无明显变化。整体基因组甲基化水平的研究结果表明,空间飞行后野生型的CHG和CHH甲基化水平分别升高1.2%、1.8%,而CG甲基化水平则降低1.1%。pin2突变体CG和CHG均升高0.7%,CHH降低1.2%。ttg1a突变体CG和CHG分别升高3.0%、2.1%,CHH降低1.9%。表明重力信号传递缺陷突变体和辐射敏感型突变体经空间飞行后出现了与野生型的不同的基因组甲基化修饰模式。同时空间飞行诱发了野生型(CG位点)和ttg1a突变体(CHH位点)着丝粒区域的去甲基化,提示空间环境可能诱导了基因组的不稳定。基因组差异甲基化区域(DMR)数量和甲基化修饰模式分析表明,野生型和pin2突变体在启动子和外显子区域的CG序列中都是低甲基化区域多于高甲基化区域,ttg1a突变体中则相反。野生型中有DMR相关基因1248个,pin2突变体中有919个,ttg1a突变体中有1135个。野生型、pin2和ttg1a突变体中DMR的高甲基化和低甲基化变化与其转录组对应基因的表达一致的比例分别为52.82%、47.77%、48.80%,提示拟南芥重力信号传递和抗逆性减弱时,拟南芥甲基化模式发生改变,受甲基化调控的基因数量减少。野生型、pin2突变体和ttg1a突变体的DMR相关基因的生物学功能富集分析结果表明,线粒体(细胞组分)相关组分出现显著富集,DMR基因主要参与了氧化磷酸化途径。由于内源性ROS主要来源于线粒体中的氧化磷酸化过程,可以看出空间飞行后返回1062天,仍然诱发了内源性ROS的产生。而且与野生型相比,pin2和ttg1a突变体的DMR相关基因还涉及与能量代谢相关的功能和过程,表明空间飞行对pin2和ttg1a突变体分子功能和生物过程的影响与野生型已有不同。综上,可以发现,生物体对辐射和微重力胁迫的感受能力影响表观遗传机制参与空间辐射和微重力的协同生物学效应。