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四倍体长春花（Catharanthus roseus）生物学特性研究及DNA甲基化分析

花匠小妙招
2024-11-24 17:18

长春花(Catharanthus roseus)是夹竹桃科(Apocynaceae)多年生草本植物,在我国南方作为园林绿化植物大量栽培,观赏性和耐寒能力较差。同时,长春花也是国际上应用最多的抗癌植物药源之一,具有较大的药用开发价值。但是植株内抗癌性次生代谢物含量极其微小,导致其价格非常昂贵。多倍化是推动植物进化的主要推动力之一。多倍体有器官巨大型的特点,可以在提高花卉观赏性和抗性的同时增加药用植物产量和有效成分含量。传统的长春花栽培品种均为二倍体品种,有必要进行倍性育种以提高其品质。作者所在的实验室在之前的研究中成功利用秋水仙素进行了长春花多倍体人工诱导,得到了四倍体新类型。作者在后续研究中以二倍体原种作为对照,系统地分析了倍性对长春花植株农艺性状、药用成分含量和抗寒性方面的影响,旨在为进一步培育和筛选高商品价值的长春花新种质提供理论依据和技术支撑。多倍体基因组的表达模式和水平较其亲本都会发生变异,即发生不涉及DNA序列变化的表观遗传变异。DNA甲基化修饰作为表观遗传变异中的一个重要方面,在植物生长发育中起着重要的调节作用。DNA甲基化在植物不同发育时期,对两个同源基因的调控作用有所不同。应用MSAP技术在长春花营养和生殖两个生长阶段对DNA甲基化水平和模式进行研究有助于进一步深入研究同源多倍体基因表达变化的调控机理。主要研究结果如下:1、四倍体长春花叶片变厚,叶型指数变小,叶色浓绿,全株叶片重量增加;花瓣变大,表面有褶皱且间杂有白色斑点,花朵数增加,花期变长;株型逐渐矮化。这些性状表明四倍体长春花比二倍体更具观赏性。2、对长春花抗寒性相关生理指标进行测量后,显示:在低温逆境下,叶绿素含量、脯氨酸含量、超氧化物歧化酶(SOD)活性和过氧化物酶(POD)活性都显著高于二倍体植株,而电解质外渗率较二倍体植株低。这表明四倍体长春花在低温逆境下具有更强的细胞膜保护能力和渗透调节能力,叶绿素的稳定性也更高,具有更强的抗寒性。3、通过高效液相色谱测定比较后显示:四倍体较二倍体植株叶片内的文多灵和长春质碱含量分别提高了50.23%和29.15%;全株叶片所含的文多灵和长春质碱分别提高了78.05%和53.13%。这表明四倍体长春花可能会更适合药用长春花的种植。4、采用HpaⅡ和MspⅠ两个同裂酶对四倍体和二倍体长春花进行MSAP法DNA甲基化分析,结果显示:四倍体长春花基因组DNA营养和生殖生长阶段总甲基化率、全甲基化率和半甲基化率均较二倍体植株提高,且均存在A、B、C、D四种甲基化类型。

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