飞蝗两型的表现遗传学——DNA甲基化与飞蝗型变

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飞蝗(Locustamigratotia)是一种在世界广泛分布的农业害虫,具有群居型和散居型两种型态。当种群密度发生改变时,飞蝗两型之间可以相互转化,并且这种型变的特点可以从亲代遗传给子代。飞蝗是一种研究环境条件影响下表型可塑性表观遗传的理想模型。  近年来,人们对昆虫中的DNA甲基化机制有了新的看法。越来越多的证据表明,DNA甲基化在调控动物和昆虫表型可塑性方面起作用。然而,现在关于飞蝗中是否存在DNA甲基化现象,群散两型之间的DNA甲基化程度是否存在差异,以及DNA甲基化是否参与调控型变等问题,几乎无人报导。  本研究首次利用飞蝗转录组的数据,运用生物信息学的手段,对飞蝗的甲基化现象进行预测,结果表明飞蝗与蜜蜂等膜翅目昆虫相似,在基因组中存在高DNA甲基化修饰。  进而又利用碱基兼并和RACE等手段,寻找到飞蝗基因组中Dnmt1、Dnmt2和Dnmt3的同源基因,首次鉴定出飞蝗具有完整的DNA甲基化酶系统。通过定量PCR从飞蝗整个发育阶段与成虫各个组织展开了两型DNA甲基化酶表达活性的分析,发现了Dnmt1、Dnmt2和Dnmt3在胚胎期全部高表达、而Dnmt1和Dnmt2在成虫中高表达的规律;并发现了在成虫的脑和胸部肌肉中,群居型和散居型之间的Dnmt1和Dnmt2在表达量上存在显著性差异。因此我们推测在脑与胸部肌肉中可能存在DNA甲基化程度差异较大的基因。  为了验证这种假说,我们利用MS-AFLP技术,分析了在这两个组织中群散两型飞蝗之间的甲基化位点的多态性。结果表明成虫的脑和胸部肌肉中DNA甲基化程度在两型飞蝗之间确实存在显著差异。我们选择了62条片段进行测序,并利用重亚硫酸氢盐PCR的方法,最终鉴定出在脑和胸部肌肉中存在差异的DNA甲基化位点。
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