甘蓝型油菜正交杂种胚乳中的基因组印记基因

基因组印记是一种与经典孟德尔定律相悖的表观遗传现象。迄今为止，已在几种植物中鉴定出印迹基因，包括拟南芥(341个基因)、水稻(262个基因)、玉米(356个基因)、蓖麻(209个基因)、小麦(372个基因)[23.,24.,25.,27.,47］．这些印迹基因的功能注释显示，它们主要富集于调控色素沉着、蛋白存储、转录调控、催化和染色质修饰等方面[26.］．然而，对印迹基因的功能研究几乎没有报道，这对于植物发育的遗传调节应该是至关重要的，特别是种子发展[15.,51,52,53］．显著是世界上第三大经济作物，但目前只有一篇关于30个DAP胚乳基因组印记的报道[46］．不同基因印记的研究显著品种的选育将拓宽我们对种子发育的认识，为油菜高产优质的遗传育种奠定基础。

在这项研究中，我们获得了两个不同品种胚乳发育过程中的转录组测序数据显著栽培品种（Y6和ZS11）及其互核杂种。基于严格标准，用于筛选具有父母或母体的SNP的基因，我们在杂交胚乳中鉴定了297个印迹基因，其中包括283megs和14杆。钉的数量显著比meg少得多，这与答:芥玉米、高粱和A.天琴座[29.,34,54,55］．植物中MEGs和peg的不平衡符合母系-子代共适应理论，表明在自然选择中母系基因更受青睐[56］．20和25 DAP油菜胚乳中印迹基因的数量不同，与文献报道的印迹基因随植株发育而变化的结论一致。Xin等发现玉米DAP胚乳中MEGs的数量在10个胚乳中最大，而peg的数量在7个胚乳中最大[57]. 在wheat, 47.3% genes exhibited consistent imprinted expression pattern in 15, 20, and 25 DAP endosperm [47］．此外，40％基因在10和12 Dap的玉米胚乳中始终印记[26.,54］．该稿件中一致印迹基因的百分比远低于小麦和玉米的百分比。由于印记基因芸苔属植物由于对不同品种胚乳不同发育阶段基因组印记的研究还不够深入，对不同品种胚乳不同发育阶段基因组印记的鉴定有助于阐明不同品种胚乳的印记特征芸苔属植物. 在20和25个DAP胚乳的印记基因中，我们发现BnaA03g05560D是一个同源物OsCWA1 /群体BC1编码眼镜蛇蛋白。OsCWA1/BC1在次生细胞壁生物合成中起重要作用[58］．bnaa05g04610d.是一个同源物AtPME17，可以改变果胶的物理化学性质，诱导半乳糖醛酸的减少，从而改变细胞壁结构[59］．BnaC05g18500D是一个同源物AtPME6型，它编码一种果胶甲基酯酶，该酶参与细胞壁的果胶代谢和胚胎细胞的扩张和发育[60,61］．

显著作为一个异源四倍体，可以提供一个模型来确定基因组印记是否在a和C亚基因组的同源性之间表现出表达偏差。在人类的297个印记基因中显著，我们发现14对同源物，但分别位于A和C胎聚物上只有8对。对于剩余的281个未配对基因，200个基因（71％）印在亚基因组上，81个基因（29％）印在C亚基上。这表明大多数印迹基因被偏向于亚基组。在多倍化期间显著， Li等人发现大多数基因对(~ 86.7%)在显著在两个二倍体祖细胞中保持了它们的表达模式，约78.1%的基因对表现出偏向于a亚基因组的表达[62]. 吴等人也表明~ 36.5%的表达基因对被重新合成显著表现出表达偏倚，对a基因组有轻微偏好[63］．因此，我们可以推测，印迹基因数量的偏好性可能与油菜多倍体化过程中的表达偏好性有关。

研究拟南芥、水稻、玉米等植物证实了印迹基因在植物物种间不具有保守性，只有21个印迹基因在植物物种间具有保守性拟南芥和c .风疹，两个基因在水稻和水稻中都有印记拟南芥[28.,29.]. 在the present study, we found 15, 2, 5, 3, 10, and 25 rapeseed imprinted genes with homologs imprinted in拟南芥，大米，蓖麻豆，玉米，b·拉伯和其他显著行,分别22.,23.,24.,25.,26.,27.]. 在植物中，种与种之间，甚至同一种不同品系之间的印记基因很少重叠，这可能是由于数据分析的过滤造成的。在拟南芥，只有19个基因印记l和列-0大多数基因（81%）是单一研究所独有的[64]. 在the four available studies of maize, the majority of the imprinted genes (65% MEGs and 41% PEGs) were proposed by a single study, only 14 MEGs (8%) and 23 PEGs (13%) were commonly identified by all four studies [64]. 在这里，我们只发现了10个和25个基因的同源印记b·拉伯以及其他显著分别为(YN171和93275)行[45,46]. 在物种间保守的印记基因中，BnaA06g38220D型在玉米和水稻中发现了同源基因，编码一种类似伸展蛋白的蛋白质，可能参与木质素生物合成和种间生殖障碍[65,66]. 同系物BNAC07G22140D在里面答:芥(AT2G03210)编码木聚糖岩藻糖基转移酶2（FUT2），可能参与细胞壁组织[67］．bnaa05g08350d.是一个同源物阿特菲斯2，它在受精前抑制种子发育，在双受精后调节胚胎和胚乳的发育[16.,68]. 在this study, we found 10 genes with homologs imprinted inb·拉伯哪个是二倍体双亲显著. 这些基因具有调控DNA甲基化的功能(BnaA05g08770D型和bnaa05g08350d.)及纤维素合成(BnaA0826321D和BnaA08g26320D)(额外的文件6.:表S5;额外的文件7.：表S6）。迄今为止，在30个DAP胚乳中只有一个基因组的报告显著[46]25个印记基因（8.42%）与本研究重叠。这些基因具有调控胚珠发育的功能(BnaA03g24210D型)细胞壁修饰(BnaA04g24790D)，细胞凋亡(BnaA10g23660D型）和对氧化应激的反应（BnaC09g54550D型和BnaA09g31650D型)(额外的文件6.:表S5;额外的文件7.：表S6）。BnaA0826321D是一个同源物OsMYB61并印在b·拉伯以及其他显著线。在水稻中，OsNAC29/31直接激活OsMYB61，进而激活纤维素合成酶基因的表达，最终调控次生壁纤维素的合成[69］．BnaA05g08770D型，一个重叠的印迹基因b·拉伯，是的同源词AtSUVH5型．AtSUVH5与AtHDA19相互作用负调控种子休眠[70］．

以前的研究报道80%的印迹基因拟南芥胚乳特异性或胚乳优先表达基因在高粱中占70%，在水稻中占78%。然而，蓖麻的印迹基因中只有40%是胚乳特异性基因[24.,27.,29.,34]. 在the present study, we found 26 imprinted genes were endosperm-specific expressed genes, while other genes were also expressed in different tissues of显著，表明他们可能在整个油菜发上发挥作用，不仅在种子发展中。

在哺乳动物中，大多数印记基因聚集在染色体上[32,33,48]. 在Plants, only 28 imprinted genes were assigned to 12 clusters in sorghum, 77 genes in 33 clusters were identified in maize, and 7 imprinted genes in 3 clusters were reported in castor bean [26.,27.,29.]. 在油菜中，我们发现109个印记基因被分配到染色体上的35个簇中。这些簇周围的染色体区域可能是印记控制区，可能影响印记基因的表达。我们在这些簇中还发现了同源基因对，这表明基因组复制也使油菜的基因印迹更加复杂[34］．

印记基因在胚乳发育中具有重要作用[40,50]. 我们发现油菜印记基因在细胞壁生物合成过程中也有富集，推测可能与胚乳发育有关。例如，BnaA03g05560D编码不规则木质部6，富含植物型次生细胞壁生物发生（GO:0009834）。它在水稻中的同源基因对次生细胞壁的组装至关重要[58］．bnaa01g03570d.在细胞壁组织中富集（GO:0071555），其同源物拟南芥在细胞壁中的Xylan分支延伸需要[71.]. 此外，大多数印迹基因具有丰富的结合和催化功能（如水解酶和转移酶活性）。我们还发现了在生物过程中富集的印记基因，如碳代谢、细胞代谢和生物大分子的生物合成。在拟南芥，印迹基因突变体的三倍体种子败育与胚乳细胞壁合成和降解相关基因的表达有关[40,50］．在显著在这项研究中发现的印记基因，bnaa05g04610d.,BnaC05g18500D和BnaA04g24790D参与果胶代谢，可能参与胚乳细胞化。此外，基因的表达也发生了变化航空地面照明系统可以阻碍胚乳细胞壁的形成和降解，最终影响胚乳细胞化并导致种子流产。在这里，我们只发现了5的表达航空地面照明系统杂种胚乳中的蛋白质含量与亲本胚乳相比发生了显著的变化。其中，BnaA03g29530D（一个同源物ATAGL91.)以及BnaA09g16050D型在互惠杂种的20和25个DAP胚乳中均发生了显著变化。在拟南芥的时空表达AGL91受母体siRNA的监管，破坏或过度表达AGL91在胚乳中改变了种子的大小[72.］．BnaA09g16050D型编码一种果胶裂解酶类超家族蛋白，可能是一种以结构多糖的形式出现在高等植物的中层和初生细胞壁上的果胶物质[73.］．BnaC04g24110D型编码果胶裂解酶类超家族蛋白及其同源蛋白拟南芥(ADPG1）调节木质素含量和组合[74.］．bnaa05g04610d.是一个同源物AtPME17，可以改变果胶的物理化学性质，诱导半乳糖醛酸的减少，从而改变细胞壁结构[75.］．Bnaanng26700D是一个同源物OsFIE1它是多丛抑制复合体2 (polycomb repression complex 2, PRC2)的一个重要成员，PRC2通过调节胚乳细胞化和种子大小在早期种子发育中发挥重要作用[76.,77.］．

TEs通过影响基因组结构(基因结构、倒置、易位和重组)和基因表达，在推动植物基因组扩展和物种进化方面发挥着重要作用[78.,79.,80,81.,82.]. 有报道称，在印记基因附近富集的TEs在胚乳中被广泛去甲基化，表明TEs可能是基因组印记的驱动力[27.]. 在the present study, we also found significant enrichment of LTR/Copia and LTR/Gypsy TEs in the upstream and downstream of the imprinted genes. This was similar to castor bean, but the type of TEs enriched around imprinted genes of拟南芥、玉米和c .风疹是不同的26.,27.,28.,34］．

基因组DNA甲基化也被认为是植物基因组印迹的驱动力，大多数已鉴定的差异甲基化区域(DMRs)在母系等位基因中被低甲基化，而在父系等位基因中被高甲基化[26.,27.］．然而，只有11个印迹基因(0.06%)显著被DMRs识别，包括一个MEG被证实有高气相甲基化[46]. 在the present study, DNA methylation analysis was not performed. But we correlate the imprinted genes with the miRNA regulation of显著[83.[发现12个印迹基因可能由miR158，miR171，miR160，miR399，miR394和其他六个新的miRNA靶向。在拟南芥，miR171的功能性损失引起胚胎发生异常，并且证明了miR171和ham1之间的正确关系对于正常胚胎发生是必要的[84.］．miR160、miR171、miR394和miR399可能参与玉米早期胚胎发育和形态发生拟南芥，通过转录调控其靶基因[85.,86.]. 在A.ddition, miR160 controls somatic embryogenesis induction by negatively regulating auxin-related genes (ARF10型,ARF16型,ARF17型）[87.］．