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DNA甲基化与杂种优势


□ 梁秋菊

  摘要:杂种优势是生物界的一种普遍现象,对农业的发展有很大的促进作用,为了更好地利用杂种优势,人们一直致力于杂种优势形成机理的研究,也取得了很大成就。本文主要从DNA甲基化与基因表达调控角度对杂种优势的遗传机理作简单介绍。
  关键词:杂种优势;DNA甲基化;基因表达调控
  中图分类号:Q523 文献标识码:A
  
  近年来,随着分子遗传学理论和分子生物学技术突飞猛进的发展,分子标记技术为杂种优势的显性、超显性和上位性假说提供了分子水平上的证据,并研究发现基因表达差异与杂种优势有关。
  基因型的杂合性是杂种优势的基础,在杂合子中,来自双亲的染色体和主要来自母本的细胞质构成一个全新的胞内环境和核质关系,这种全新的胞内环境对来自双亲的遗传基础构成了一个新的调控系统。杂合子的生长发育就是在这种全新的调控系统下进行的。因此,杂种优势现象实际上就是基因表达调控的外在表现,随着近年来分子生物学技术的飞速发展,人们除了在DNA水平探讨位点杂合性及QTL互作方式与杂种优势的关系外,更需要从杂交种与亲本在基因表达调控角度探讨杂种优势的遗传机理。
  
  1 基因表达差异与杂种优势的关系
  
  1.1 结构基因表达与杂种优势
  Romagnoli等(1990)首先研究了基因表达与玉米杂种优势的关系,结果表明:从杂交种cDNA文库中选出的三个在杂交种和亲本间差异表达的克隆中,有一个克隆在F1中的表达介于双亲之间,另外两个克隆在F1中的表达接近高效表达的亲本。对于杂交种的亲本mRNA进行离体翻译的结果显示,杂种优势的产生与杂交种中许多基因的差异表达有关,因为有33%的差异表达产物在杂交种中更丰富或特异表达。Tsaftaris等(2000)利用3个玉米自交系(B73,H108,H109)配组产生强优势组合H109×B73和弱优势组合H109×H108,对亲本和杂种一代基因表达状况进行了研究,结果显示杂种与亲本,以及不同优势的杂种之间在每个发育时期的基因表达均存在差异。强优势组合在第一个发育时期有30%检测的基因表达量高于最好的亲本,在第三个时期有63%的检测基因表达水平高于最好的亲本;而相比之下,弱优势组合在两个时期分别有15%和57%的检测基因表达水平高于最好的亲本。此外,弱优势组合有28%的检测基因表达量低于最差的亲本。总体看来,强优势组合的总体基因表达平均水平要高于亲本及弱优势组合。
  程宁辉等(1997)应用mRNA差异显示技术,对水稻杂种一代(珍汕97A×明恢63)与其亲本幼苗的基因表达差异进行研究,发现亲本基因和F1代基因表达虽然基本相似但仍有差异。他们认为F1代中基因表达的差异可能决定了杂种优势的形成,F1代和亲本基因表达差异存在着质与量的差别,表达量的差别主要表现在F1基因表达水平强或弱于父本和母本;基因表达质上的差异可以归纳为3种类型,第一类是F1代特异表达而在双亲中不表达;第二类是亲本基因在F1代中沉默,这一类又可分为双亲基因表达而在F1代中抑制和单亲基因表达而在F1代中沉默;第三类是单亲基因在F1代中表达。这一结果与他们1996年在玉米中的研究结果类似。熊立仲等(1999)以mRNA差异显示和cDNA点杂交技术为基础,以强优势杂交组合籼优63的两亲本和F1代剑叶为材料,分析其差异表达的基因。结果发现,杂种和亲本之间的基因表达差异呈现如下几个特点:(1)不同基因差异表达的方向不一样;(2)在不同的发育时期,基因表达差异的程度或方向也不一样。同时还指出,从基因表达水平上研究杂种优势的分子基础,不能仅仅着眼于杂种中表达增强的基因,而要同时考虑那些减弱或被抑制的基因。倪中福等(2001)在研究中则发现:(1)杂种基因表达与亲本之间存在明显差异,而表达的差异则可能决定了杂种一代正或负的优势;(2)杂种与亲本间基因的差异表达程度与发育时期有关;(3)强优势杂交组合和亲本间存在更明显的基因差异,这可能与其强优势的形成有关;(4)在强优势杂种组合中,增强型和沉默型所占比例均明显高于弱优势杂种组合,而单亲本表达减弱型则较弱优势组合低。 ......
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摘自:中南论坛
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