【正文】 賴的晚花表型(Niu等, 2008)。盡管目前為止這些酶類的催化活性和特異性并沒有完全研究清楚，但是有遺傳學(xué)證據(jù)表明它們可能作用于相同的氨基酸殘基，或者與動物和酵母中的同源蛋白作用類似。因此，擬南芥和水稻組蛋白賴氨酸殘基甲基化修飾模式與哺乳動物存在差異，這可能是由于它們之間基因組結(jié)構(gòu)的不同造成的。N端氨基末端發(fā)生的多種共價修飾包括磷酸化、乙酰化、甲基化、泛素化及ADP糖基化等（圖13）。DME不能從脫堿基位點移除甲基化的胞嘧啶，同樣可以較少DSBs的產(chǎn)生(Gehring等, 2006)。 Kimura等, 2003。在這些邊界位置，糖基化酶可能通過去甲基化作用而保護(hù)基因免于被RdDM途徑沉默。 Hsieh等, 2009)。盡管DME和ROS1擁有類似的亞基，但它們起不同的生物學(xué)功能。擬南芥中發(fā)現(xiàn)的DNA糖基化酶包括DME（DEMETER）(Choi等, 2002)、ROS1（REPRESSOR OF SILENCING 1）(Gong等, 2002)、DML2（DEMETERLIKE 2）和DML3（DEMETERLIKE 3）(Penterman等, 2007。非對稱性CHH位點甲基化的維持主要依賴于DRM2和RdDM?；蚪M水平上的分布特征表明H3K9甲基化和DNA甲基化之間高度關(guān)聯(lián)(Bernatavichute等, 2008)。這與轉(zhuǎn)座子中的甲基化效應(yīng)不同，這些基因編碼區(qū)的甲基化并沒有引起轉(zhuǎn)錄沉默，因為這些基因在許多組織里都是中等表達(dá)水平的(Zhang等, 2006。 Onodera等, 2005。另外，AGO4能夠切割折疊的非編碼RNA，其產(chǎn)物能夠被RDR2利用重新合成雙鏈RNA，產(chǎn)物進(jìn)一步被DCL3切割產(chǎn)生24nt的siRNA,從而產(chǎn)生級聯(lián)放大效應(yīng)。 Pontes等, 2006。NRPD1和NRPE1類似于常規(guī)RNA聚合酶的大亞基，但是它們特異性的在從頭合成甲基化中起作用。 Herr等, 2005。從產(chǎn)生的方式來看，DNA甲基化分為從頭合成甲基化和維持型甲基化，DNA去甲基化分為主動去甲基化和被動去甲基化。表觀遺傳主要通過DNA甲基化、組蛋白修飾、染色質(zhì)重塑和非編碼RNA調(diào)控等方式控制基因表達(dá)。王歆等（2008）從水稻TDNA插入突變體庫中篩選到一份顯性矮稈突變體，遺傳分析表明矮化表型受一對顯性單基因控制，并將其定位在第四染色體。在雜交水稻育種過程中，為了防止F1株高過高，兩個親本必須同時含有同一個隱性矮稈基因，從而排除了在數(shù)量更大、遺傳基礎(chǔ)更為多樣的中、高稈水稻品種里尋找雜交稻親本的可能性。在BU1過表達(dá)植株中有活性的油菜素甾酮及前體物質(zhì)并沒有增加，表明BU1是作為BR信號通路的正調(diào)控因子起作用的。水稻中發(fā)現(xiàn)的第一個BR不敏感型突變體是d61,它對BR的反應(yīng)沒有野生型敏感。brd2(BRdeficient dwarf2)突變體在營養(yǎng)生長前期并未表現(xiàn)出明顯表型，而在生長后期表現(xiàn)出明顯BR缺陷表型，抽穗后株高僅相當(dāng)于野生型的40%。brd1(brassinosterioddeficient dwarf1)是水稻中發(fā)現(xiàn)的第一個BR缺陷型突變體，它最顯著的特征是節(jié)間伸長嚴(yán)重受阻、葉鞘縮短、葉片短而卷曲、分蘗減少以及不育。這些結(jié)果表明GID1可能是赤霉素受體(UeguchiTanaka等, 2005。由于dwarf1表現(xiàn)對赤霉素不敏感，推測GTP結(jié)合蛋白可能在赤霉素信號傳導(dǎo)過程中起作用(UeguchiTanaka等, 2000)。Itoh等（2004）克隆了D35基因，發(fā)現(xiàn)它編碼貝克衫烯氧化酶（entkaurene oxidase，KO），并且與擬南芥和南瓜的貝克杉烯氧化酶高度同源。水稻基因組中存在兩個GA20ox基因：GA20ox1和GA20ox2。在這些已被克隆的基因中，大多涉及到赤霉素或油菜素內(nèi)酯的代謝或信號傳導(dǎo)，表明這兩類植物內(nèi)源激素在水稻株高調(diào)控中起主導(dǎo)作用。目前克隆的水稻矮稈基因大多涉及到激素代謝和信號傳導(dǎo)，表明植物內(nèi)源激素對水稻株高具有重要的調(diào)節(jié)作用。自上世紀(jì)六十年代以來,伴隨著水稻矮化育種的發(fā)展,新發(fā)現(xiàn)的水稻矮稈基因不斷增加。水稻植株矮化是由節(jié)間縮短或節(jié)間數(shù)目減少導(dǎo)致的，也有可能是兩者共同作用的結(jié)果。 Wu等, 2001。水稻秈粳亞種間F1代表現(xiàn)強(qiáng)大的雜種優(yōu)勢，是進(jìn)一步提高水稻單產(chǎn)的有效途徑。 FIE1。基因芯片分析發(fā)現(xiàn)Epidf中有305個基因的表達(dá)發(fā)生了改變，其中222個基因下調(diào)，83個基因上調(diào)。DNA甲基化測序結(jié)果表明FIE15’端發(fā)生了DNA去甲基化，這與FIE1的異位表達(dá)是一致的。但是如果利用顯性矮稈基因，則能夠使水稻種質(zhì)資源得到更有效的利用和縮短育種時間。學(xué)位論文作者（需親筆）簽名： 年 月 日學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書本學(xué)位論文作者完全了解學(xué)校有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，同意學(xué)校保留并向國家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。本人完全意識到本聲明的法律結(jié)果由本人承擔(dān)。迄今水稻育種中利用的矮稈基因都是隱性基因，雜交水稻育種中隱性矮稈基因的使用往往要求雙親必須具有同一矮稈基因，這就限制了在更廣泛的資源中選擇有利親本。Epidf還存在另外一個特征，即雖然表現(xiàn)遺傳穩(wěn)定但存在低水平的回復(fù)突變頻率，因此ORF5的異位表達(dá)可能是由表觀遺傳變異引起的。（4）酵母雙雜交結(jié)果表明FIE1與iEZ1以及CLF互作，表明FIE1參與水稻中PRC2介導(dǎo)的轉(zhuǎn)錄抑制。 Dominant dwarf。然而進(jìn)入80年代末和90年代初，我國水稻單產(chǎn)進(jìn)入徘徊狀態(tài)，如何進(jìn)一步提高雜交水稻的單產(chǎn)是目前最為緊迫的任務(wù)。這種可遺傳的表現(xiàn)型變化沒有直接涉及到基因序列的改變，因而是表觀的，稱之為表觀遺傳變異(Holliday, 1987。狹義的矮稈通常指成熟時株高等于或低于原正常株高一半的類型；半矮稈是指株高介于矮稈和正常株高之間的矮稈類型。Parnell等（1922）報道了1個由隱性單基因控制的自然矮稈突變體,這是有關(guān)水稻矮生性遺傳的最早報道。 水稻矮化機(jī)制的研究進(jìn)展 水稻矮化與植物內(nèi)源激素的關(guān)系矮稈基因能直接導(dǎo)致水稻植株形態(tài)學(xué)變化，如細(xì)胞長度變短和細(xì)胞數(shù)目減少，從而引起植株節(jié)間變短和植株變矮。 水稻矮稈基因的克隆及功能研究迄今為止已獲得了超過70個水稻矮化突變體，并且許多矮化基因已被定位或克隆。 Spielmeyer等, 2002)。TanGinbozu含有d35基因，并且研究認(rèn)為d35可能參與赤霉素合成的前期階段。圖位克隆后發(fā)現(xiàn)DWARF1編碼GTP結(jié)合蛋白a亞基(Ashikari等, 1999)。對另外一個赤霉素不敏感突變體gid1(gibberellin insensitive dwarf1)分析發(fā)現(xiàn)，GID1能夠結(jié)合有生物活性的赤霉素，并且這種結(jié)合能夠促進(jìn)GID1和SLR1的結(jié)合，從而激活SCFGID2蛋白酶體途徑降解SLR1。 Yamamoto等, 2001)。D11編碼一個新的細(xì)胞色素P450（CYP724B1），推測可能在6脫氧香蒲甾醇(6deoxoTyphasterol)和香蒲甾醇(Typhasterol)合成中起作用(Tanabe等, 2005)。BR信號傳導(dǎo)相關(guān)突變體同樣表現(xiàn)出BR缺陷型類似的表型，但施加外源BR不能使表型恢復(fù)。BU1的干擾植株則表現(xiàn)出葉傾角變小。然而F1代株高超親成為亞種間雜種優(yōu)勢利用的一個瓶頸。 劉斌美等, 2006)。研究表觀遺傳變異的學(xué)科就稱為表觀遺傳學(xué)。在擬南芥基因組中，24%的CG，%%的CHH被甲基化(Cokus等, 2008)。隨后發(fā)現(xiàn)RdDM在植物中是一種普遍存在的沉默機(jī)制，涉及到各種表觀遺傳過程，包括轉(zhuǎn)基因沉默、轉(zhuǎn)座子轉(zhuǎn)座抑制、基因印記和副突變等(Xie等, 2004。 Wierzbicki等, 2008)。siRNA生成后與AGO4(Argonaute 4)或AGO6結(jié)合(Li等, 2006。 He等, 2009)。 Kanno等, 2005。圖11 植物中RNA介導(dǎo)的DNA甲基化機(jī)制（He等,2011）Fig. 11 The RNAdirected DNA methylation pathway in plants 維持型DNA甲基化在擬南芥中，大約1/3的基因編碼區(qū)含有CG甲基化位點，這些位點的甲基化是由MET1(Methyltransferase 1)維持的。通常認(rèn)為CHG甲基化的維持依賴于組蛋白和DNA之間的一種相互促進(jìn)的機(jī)制(Johnson等, 2007)。CMT3和KYP之間能否直接互作以及這種互作是否有利于維持CHG甲基化還有待于進(jìn)一步證明。 Zhu, 2009)（圖12）。這些DNA聚合酶和連接酶對應(yīng)的同源蛋白在植物中尚未被發(fā)現(xiàn)，因此植物中是否也利用這些酶類進(jìn)行類似的修復(fù)機(jī)制還有待進(jìn)一步證實(Baute等, 2008)。然而胚乳中觀察到的基因組水平上CG甲基化的減少很大程度上依賴于DME，表明該糖基化酶是作為一個總的調(diào)控因子來控制DNA甲基化的(Gehring等, 2009。這些研究表明ROSDML2和DML3不僅在正常沉默位點（例如轉(zhuǎn)座子）起作用，同時也在常染色質(zhì)和異染色質(zhì)的邊界起作用（例如靠近或位于異染色質(zhì)內(nèi)部的基因）。在哺乳動物中，DNMT1(DNA methyltransferase 1) 的表達(dá)受RB1(Retinoblastoma 1)和RBBP4(Retinoblastomabinding protein 4)的調(diào)控，而RB1和RBBP4是RBR1和MSI1的同源蛋白，說明哺乳動物的被動去甲基化機(jī)制和植物的被動去甲基化機(jī)制類似(Nicolas等, 2001。第二，半甲基化DNA的積累有利于減少有害的雙鏈缺口（Doublestrand breaks,DSBs）的產(chǎn)生。組蛋白N端尾部的1538個氨基酸殘基是翻譯后修飾的主要位點，具有調(diào)節(jié)DNA的生物學(xué)功能。 Guo等, 2006)。 Zhao等, 2004)。 在擬南芥中有9個PRMTs(Niu等, 2007)，AtPRMT4a和AtPRMT4b是人的PRMT4的同源蛋白，在體外能催化非對稱性的二甲基化H3RH3R17以及H3R26，并且體內(nèi)能催化H3R17me2a。 Wang等, 2007。組蛋白乙酰轉(zhuǎn)移酶(HATs)催化乙?；鶑囊阴］o酶A轉(zhuǎn)移到特異的底物位點上(Lee等, 2007)。擬南芥HDACs分為RPD3/HDA1超家族、SIR2家族和HD2家族(Pandey等, 2002)。因此，AtGCN5在擬南芥中是一個主要的HAT。 組蛋乙?；M蛋白乙酰化是指增加一個乙?；鶊F(tuán)到組蛋白賴氨酸殘基上從而中和賴氨酸殘基所攜帶的正電荷，從而影響組蛋白與其它蛋白或DNA之間的相互作用，使DNA從濃縮狀態(tài)釋放出來。 Schmitz等, 2008)，也能被AtPRMT10(Niu等, 2007)、AtPRMT1a以及AtPRMT1b(Yan等, 2007)非對稱性的甲基化。這兩類精氨酸甲基轉(zhuǎn)移酶催化精氨酸生成作為中間產(chǎn)物的單甲基化精氨酸，該單甲基化精氨酸被type I PRMTs催化形成非對稱的二甲基化精氨酸，然后再被type II PRMTs催化形成對稱性的二甲基化精氨酸(Bedford等, 2009)。SET結(jié)構(gòu)域蛋白負(fù)責(zé)賴氨酸殘基的催化，擬南芥和水稻中各自含有41和37個SET結(jié)構(gòu)域蛋白(Gendler等, 2008)。這些修飾是由不同的組蛋白賴氨酸甲基轉(zhuǎn)移酶(HKMTs)催化的(Liu等, 2010)。核小體是染色質(zhì)的基本結(jié)構(gòu)單位，主要由DNA和5種組蛋白分子組成，即HH2A、H2B、H3和H4。盡管在動物中還未發(fā)現(xiàn)這些蛋白對印記的直接影響，但觀察到的一些現(xiàn)象表明這些蛋白的功能是非常保守的(Jullien等, 2008)。 ROS1能阻止由RdDM導(dǎo)致的轉(zhuǎn)基因沉默和防止內(nèi)源基因的過甲基化。通過比較rosdml2和dml3單突變體的基因組甲基化水平，證明這三個糖基化酶存在功能冗余(Penterman等, 2007)。 Penterman等, 2007。 MoralesRuiz等, 2006) 。DNA甲基化的喪失可以通過被動或主動這兩種方式。 Jackson等, 2004)。在其它一些無脊椎動物中也發(fā)現(xiàn)了編碼區(qū)含有甲基化的基因，這表明編碼區(qū)的甲基化在真核生物中是一種普遍現(xiàn)象(Suzuki等, 2008)。NRPD/E2和NRPD/E4為Pol IV和Pol V共有(Kanno等, 2005。這種結(jié)合可以解釋為什么siRNA的產(chǎn)生和效應(yīng)放大主要發(fā)生在甲基化的位點，并且siRNA的產(chǎn)生和DNA甲基化之間可能存在一個自身的反饋機(jī)制。 Wierzbicki等, 2009)。Pol IV以RdDM靶位點作為模板合成單鏈RNA，然后被一種RNA依賴型RNA聚合酶RDR2(RNAdependent RNA polymerase 2)作為模板合成雙鏈RNA，被植物中的Dicer類蛋白DCL3切割成24nt的初始siRNA(Xie等, 2004)。RdDM途徑中的許多組分已經(jīng)被發(fā)現(xiàn)，其中包括兩個植物特有的DNA依賴型RNA聚合酶（Pol IV和Pol V），它們分別含有NRPD1和NRPE1兩個大亞基(Herr等, 2005。 Zilberman等, 2007)。 DNA甲基化DNA甲基化是一種在進(jìn)化上非常保守的控制基因沉默的表觀修飾方式，DNA甲基化現(xiàn)象廣泛存在于細(xì)菌、植物和哺乳動物中,是DNA的一種天然的修飾方式，這種修飾對生物體的發(fā)育非常重要(Colot等, 1999)。Tid11(Twisted dwarf 11)是從臺春65的MNU誘變突變體庫中篩選到一個顯性矮化并且右旋性螺旋生長的突變體，圖位克隆后發(fā)現(xiàn)TID1編碼一種微管蛋白αtublin(Sunohara等, 2009)。Iwata等（1977）通過γ射線誘變農(nóng)林8號得到的D53是最早報道的顯性半矮稈突變體。突變表型是由于TDNA插入位點附近的一個HLH蛋白編碼基因過表達(dá)造成的。OsBZR1的RNAi植株表現(xiàn)出矮化、直立葉、BR敏感性降低和BR響應(yīng)基因表達(dá)等表型，表明OsBZR1在水稻BR信號傳導(dǎo)中起重要作用。Tos17插入突變體osdwarf4僅表現(xiàn)出葉傾角變小和葉片上舉表型，而葉片、花以及粒型都正常，在BR合成方面僅有輕