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辐射旁效应作为低能离子植物诱变育种以及空间辐射生物效应的一种重要机制,在发育和遗传层面的研究取得了重要进展。表观遗传学机制在植物对辐射直接损伤的应答中起重要作用,因此表观遗传学机制在辐射诱导植物远程旁效应中的作用与表现也应得到阐明。植物个体间信号通讯是当前的研究热点,有必要进一步研究辐射诱导的表观遗传效应在植物个体间的通讯行为。空间环境中既存在离散的辐射,又属于微重力环境,随着载人航天事业的发展,研究微重力条件下辐射表观旁效应的重要性日益突显。取得的主要实验结果如下: 1.α粒子根辐射诱导植物个体内远程表观遗传改变 根据α粒子穿透深度浅适于局部辐照的特点,建立了α粒子-拟南芥个体远程(旁)效应实验体系,以DNA甲基化与转录基因沉默(TGS)的释放程度为生物学终点,检测α粒子根部辐射诱导的表观遗传改变。利用该体系研究辐射诱导的拟南芥个体内远程表观遗传变化,结果表明:在其未受到辐照的地上(旁)组织,DNA甲基化水平与模式都出现了明显的变化,总体呈现去甲基化的趋势;特定MSAP多态性片段的CG、CHG和CHH位点的甲基化状态有不同程度的改变;甲基化和去甲基化相关基因的表达水平也受到根辐射的调控;受转录基因沉默(TGS)机制调控的TGS-GUS基因的表达被激活,该基因的激活能够被DMSO处理所抑制。以上结果表明在植物个体水平存在辐射诱导的表观遗传旁效应。 2.UVC辐射诱导植物个体间的表观遗传改变 基于植物对UVC辐照的敏感性,建立了UVC-拟南芥植物个体间通讯共培养实验体系,以TGS位点(TGS-GUS、TSI和180-bp)的激活程度作为检测终点,研究了UVC辐照后的拟南芥植株对邻近未受辐照植株TGS表观机制的影响。结果表明:在经过共培养的邻近植株中,TGS-GUS、TSI和180-bp的转录水平有明显的上调;TGS位点的激活伴随有CHH位点的DNA去甲基化,但核小体占有率并无变化;UVC诱导的气态信号分子的生成发生在辐射后1-48小时,而邻近植株对辐射损伤信号的应答反应需要10天的时间;茉莉酸(JA)与水杨酸(SA)是诱导植物个体间表观遗传效应的重要信号分子;个体间表观效应的诱导也可以通过“植株-植株-植株”的中继模式进行传递;JA与SA信号途径在中继传递中扮演了关键的角色。以上结果表明植物个体间的通讯可以介导辐射诱导的表观遗传改变。 3.模拟微重力对辐射诱导个体间表观旁效应的调控作用 利用二维回转仪模拟太空微重力效应,研究在模拟空间微重力环境下植物个体间信号通讯介导辐射表观旁效应的表现。结果表明:微重力条件下植物个体间的信号通讯被阻断;模拟微重力既可以抑制UVC辐射个体的信号产生过程,也能抑制邻近植株对辐射损伤信号的响应;模拟微重力是通过调控茉莉酸信号通路来影响植物个体间的信号通讯。以上结果表明辐射旁效应在地面的实验数据并不能完全反映其在真实空间环境中的表现。