玉米跨代干旱脅迫記憶生理機(jī)制及DNA甲基化變化分析

王 霞，尹曉雨，于曉明，劉曉丹

(吉林農(nóng)業(yè)科技學(xué)院，吉林 吉林 132101)

玉米(ZeamaysL.)不僅是中國(guó)三大糧食作物之一，還是重要的飼料作物和工業(yè)原料，是目前世界上產(chǎn)量最大的禾谷類(lèi)作物，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中占有非常重要的地位。作為旱地農(nóng)作物，玉米的需水量非常大，對(duì)環(huán)境中的水分缺失很敏感[1]。隨著全球干旱問(wèn)題日益嚴(yán)重，干旱已經(jīng)成為制約玉米產(chǎn)量的首要因素，中國(guó)約有60%的玉米種植面積受到干旱脅迫[1]。作為中國(guó)玉米主產(chǎn)區(qū)，吉林省西部有一半以上的干旱地沒(méi)有得到開(kāi)發(fā)利用。研究玉米的抗旱機(jī)制、培育抗旱新品種是目前亟待解決的問(wèn)題，而弄清玉米跨代干旱脅迫記憶機(jī)制是解決這一問(wèn)題的重要途徑。

脅迫記憶(stress imprint)是指植物在經(jīng)歷初始脅迫后，當(dāng)再次面對(duì)生物和非生物脅迫(干旱、冷凍、高溫、高鹽等)時(shí)會(huì)產(chǎn)生更高耐受性的現(xiàn)象[2]。2015年，Ramírez[3]等發(fā)現(xiàn)經(jīng)多次干旱脅迫后的馬鈴薯?yè)碛懈鼜?qiáng)的抗氧化性，同樣，研究者們?cè)谛←淸4]、葡萄[5]、馬鈴薯[5]等多種植物中陸續(xù)發(fā)現(xiàn)它們對(duì)過(guò)去經(jīng)歷的逆境脅迫具有記憶效應(yīng)。2018年，“植物對(duì)逆境的記憶功能與進(jìn)化”入選中國(guó)科學(xué)技術(shù)協(xié)會(huì)的60個(gè)重大科學(xué)問(wèn)題和工程技術(shù)難題，掀起了脅迫記憶相關(guān)研究的熱潮。研究發(fā)現(xiàn)，脅迫記憶可能是短期的，也可能是長(zhǎng)期的，短期記憶不能遺傳，但可以提高植物對(duì)逆境的適應(yīng)能力，長(zhǎng)期記憶卻可以通過(guò)一種未知的機(jī)制傳遞給子代，產(chǎn)生跨代脅迫記憶，使植物能夠更快更強(qiáng)地應(yīng)對(duì)逆境[3]。目前，大量證據(jù)表明，植物會(huì)對(duì)當(dāng)代脅迫產(chǎn)生印記并表現(xiàn)出更為強(qiáng)烈的抵御機(jī)制[3-6]，但是關(guān)于跨代脅迫記憶方面的研究報(bào)道卻不多。2009年，Whittle等[7]發(fā)現(xiàn)F0及F1代擬南芥經(jīng)高溫脅迫后，其F3代仍具有較強(qiáng)的抵抗高溫的能力；2015年，Shi等[8]發(fā)現(xiàn)水稻經(jīng)高溫脅迫鍛煉后，其子代對(duì)高溫的耐受性明顯增強(qiáng)；2019年，Cong等[9]的研究表明，由重金屬脅迫引起的水稻HMA基因表達(dá)上調(diào)產(chǎn)生了跨代脅迫記憶，這種現(xiàn)象同樣也在馬鈴薯[3]、擬南芥[10]中被發(fā)現(xiàn)。

迄今，植物脅迫記憶產(chǎn)生與維持的具體機(jī)制尚不清楚?，F(xiàn)有研究表明，脅迫記憶的產(chǎn)生和維持與脅迫誘導(dǎo)的代謝產(chǎn)物、DNA甲基化及組蛋白修飾等有關(guān)[11]。作為最重要的表觀遺傳修飾之一，DNA甲基化修飾在植物非生物脅迫應(yīng)答中的作用引起了研究者們的極大興趣。2016年，Wibowo等[12]發(fā)現(xiàn)，鹽脅迫可以引起擬南芥產(chǎn)生跨代脅迫記憶，且這種記憶的產(chǎn)生與維持和特定DNA的超甲基化有關(guān)，且當(dāng)鹽脅迫消失時(shí)，DNA的超甲基化也會(huì)逐漸消失；2019年，Li等[13]發(fā)現(xiàn)水稻經(jīng)多次干旱脅迫后，約3 000多個(gè)記憶轉(zhuǎn)錄本與DNA甲基化調(diào)控有關(guān)。對(duì)脅迫記憶中DNA甲基化變化機(jī)制的深入研究，可以為我們從表觀遺傳修飾層面改良植物抗逆性奠定基礎(chǔ)。目前，針對(duì)玉米跨代脅迫記憶的研究尚無(wú)報(bào)道，本試驗(yàn)以玉米模式自交系B73和H99為研究對(duì)象，通過(guò)分析2個(gè)玉米品種G0和G1代響應(yīng)干旱脅迫時(shí)生理指標(biāo)和基因組DNA甲基化修飾的變異和傳遞規(guī)律，為后續(xù)跨代脅迫記憶機(jī)制研究奠定基礎(chǔ)。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)材料及處理

1.1.1 試驗(yàn)材料參試玉米自交系B73和H99均為引自美國(guó)的玉米經(jīng)典自交品系，兩者均較早完成基因組測(cè)序，都為玉米育種的種質(zhì)基礎(chǔ)，試驗(yàn)種子由吉林省農(nóng)業(yè)科學(xué)院提供。

1.1.2 干旱鍛煉參試材料為B73和H99在正常水分條件下套袋授粉獲得單株種子，采用紙皿法發(fā)芽，待胚芽破胸露白時(shí)，每個(gè)品種挑選300粒發(fā)芽良好的種子，進(jìn)行干旱鍛煉。每天上午9:00將發(fā)芽種子置于干濾紙上，于22 ℃光照培養(yǎng)箱(光照強(qiáng)度400 μmol·m-2·s-1、濕度60%)中干旱鍛煉1 h，然后置于濕紗布中，每天鍛煉1次，連續(xù)鍛煉4 d(1 h→2 h→3 h→4 h)，累計(jì)鍛煉4 h，對(duì)照組(0 h)不進(jìn)行干旱鍛煉(圖1，A)，之后2類(lèi)經(jīng)過(guò)處理的發(fā)芽種子均栽種于吉林農(nóng)業(yè)科技學(xué)院玉米試驗(yàn)田，經(jīng)套袋授粉后分別獲得子代種子，分別記為G0(對(duì)照)和G1(鍛煉)代。

1.1.3 干旱脅迫處理G0和G1代玉米種子采用紙皿法催芽后種植，待幼苗長(zhǎng)至五葉一心時(shí)，取出幼苗，洗凈根部泥沙，將幼苗根部放入1/2MS液體培養(yǎng)基中適應(yīng)2 d，然后移入含20% PEG-6000的1/2MS液體培養(yǎng)基中，分別在浸泡0、1、2、3、4、5 h后(圖1,B)，隨機(jī)取16棵玉米幼苗第四葉混樣，保存于-80 ℃中備用。

1.2 測(cè)定指標(biāo)及方法

1.2.1 生理指標(biāo)采用飽和稱(chēng)重法測(cè)定葉片相對(duì)含水量(relative water content, RWC)[6]，硫代巴比妥酸法測(cè)定丙二醛(malondialdehyde, MDA)含量[14]，蒽酮法測(cè)定可溶性糖含量[15]，茚三酮顯色法測(cè)定脯氨酸含量[15]，氮藍(lán)四唑(NBT)法測(cè)定超氧化物歧化酶(superoxide dismutase，SOD)活性[15]，愈創(chuàng)木酚法測(cè)定過(guò)氧化物酶(peroxidase，POD)活性[14]，設(shè)3個(gè)重復(fù)。

1.2.2 DNA甲基化敏感擴(kuò)增多態(tài)性(MSAP)采用改良CTAB法提取玉米葉片基因組DNA，參照孫麗芳等[16]的方法進(jìn)行MSAP分析，設(shè)3個(gè)重復(fù)。參照Z(yǔ)hang等[17]的方法，統(tǒng)計(jì)并分析DNA甲基化水平和模式變異情況，EcoRⅠ、HpaⅡ和MspⅠ購(gòu)自大連寶生物，接頭及引物均由上海生工公司合成，序列見(jiàn)表1。

圖1 玉米自交系B73在干旱鍛煉(A)與干旱脅迫(B)后的表型變化Fig.1 Phenotypic changes of maize self-bred line B73 after drought hardening (A) and drought stress (B)

表1 MSAP用的接頭及引物序列

1.3 抗旱性綜合評(píng)價(jià)

依據(jù)生理指標(biāo)數(shù)據(jù)采用隸屬函數(shù)法[18]進(jìn)行玉米幼苗抗旱性綜合評(píng)價(jià)，公式為：

指標(biāo)與抗性正相關(guān)：

X(u) = (X-Xmin) /(Xmax-Xmin)；

指標(biāo)與抗性負(fù)相關(guān)：

X(u) =1- (X-Xmin) /(Xmax-Xmin)。

其中，X為指標(biāo)平均值，Xmax、Xmin分別為指標(biāo)最大值和最小值。

1.4 數(shù)據(jù)分析

用Excel 2010作圖，單因素方差分析與顯著性檢驗(yàn)(Duncan法，P<0.05)用SPSS26.0軟件。

2 結(jié)果與分析

2.1 干旱脅迫對(duì)G0和G1代玉米幼苗葉片相對(duì)含水量(RWC)的影響

由圖2，A可知，所有材料葉片RWC均隨脅迫時(shí)間延長(zhǎng)呈逐漸下降趨勢(shì)，且各干旱脅迫處理時(shí)期均存在顯著性差異(P<0.05)。同一玉米品種內(nèi)相比較，G1代葉片RWC在未經(jīng)脅迫時(shí)稍高于G0代(P>0.05)，在經(jīng)過(guò)相同時(shí)間干旱脅迫后均顯著高于G0代(P<0.05)；在脅迫5 h時(shí)，B73和H99玉米 G1代葉片RWC分別是G0代的1.14和1.09倍，且2個(gè)品種G1代葉片RWC的降幅均小于G0代。在品種間相比較，經(jīng)過(guò)相同時(shí)間干旱脅迫后，B73自交系 G1和G0代葉片RWC均高于H99，它們?nèi)~片RWC降幅也均顯著低于H99自交系。

2.2 干旱脅迫對(duì)G0和G1代玉米幼苗葉片MDA含量的影響

干旱脅迫可顯著提高兩個(gè)玉米自交系葉片MDA含量(圖2，B)。隨干旱脅迫時(shí)間延長(zhǎng)，所有材料葉片MDA含量均呈顯著上升趨勢(shì)(P<0.05)；對(duì)于同一玉米自交系，其G1代葉片MDA含量在未經(jīng)脅迫時(shí)稍低于G0代(P>0.05)，在經(jīng)過(guò)相同時(shí)間脅迫后均顯著低于G0代(P<0.05)；在脅迫5 h時(shí)，B73和H99 自交系G1代葉片MDA含量分別是G0代的0.85和0.90倍，且2個(gè)自交系G1代葉片MDA含量增幅均小于G0代。在品種間相比較，經(jīng)過(guò)相同時(shí)間干旱脅迫后，B73 自交系G1和G0代葉片MDA含量均顯著低于H99自交系(P<0.05)。

2.3 干旱脅迫對(duì)G0和G1代玉米幼苗葉片對(duì)可溶性糖和脯氨酸含量的影響

干旱脅迫可顯著提高玉米自交系葉片可溶性糖含量，且所有材料葉片可溶性糖含量均隨著脅迫時(shí)間延長(zhǎng)呈上升趨勢(shì)(圖2，C)。除未經(jīng)脅迫時(shí)，H99玉米自交系G1代葉片可溶性糖含量稍高于G0代(P>0.05)外，同一玉米自交系經(jīng)過(guò)相同時(shí)間脅迫后G1代葉片可溶性糖含量均顯著高于G0代(P<0.05)；在干旱脅迫5 h時(shí)，B73和H99 自交系G1代葉片可溶性糖含量分別是G0代葉片的1.17和1.11倍，且2個(gè)自交系G1代葉片可溶性糖增加量高于G0代。經(jīng)過(guò)相同干旱脅迫后，B73 玉米自交系G1和G0代葉片可溶性糖含量均顯著高于H99自交系(P<0.05)。

不同字母表示處理材料及時(shí)間之間在0.05水平差異顯著(P<0.05)，下同圖2 B73和H99玉米自交系G0、G1代幼苗葉片4個(gè)生理指標(biāo)比較Different normal letters indicate significant differences among materials and times at 0.05 level(P<0.05), the same as belowFig.2 Comparison of four main indexes in leaves of G0 and G1 generation seedlings from maize self-bred line B73 and H99

同時(shí)，圖2，D顯示，干旱脅迫可提高玉米自交系葉片脯氨酸含量，且所有材料葉片脯氨酸含量均隨脅迫時(shí)間延長(zhǎng)呈逐漸上升趨勢(shì)。對(duì)于同一玉米自交系，G1代葉片脯氨酸含量在未經(jīng)干旱脅迫時(shí)稍高于G0代(P>0.05)，在經(jīng)過(guò)相同時(shí)間脅迫后均顯著高于G0代(P<0.05)；在干旱脅迫5h時(shí)，B73和H99 玉米自交系G1代葉片脯氨酸含量分別是G0代的1.23和1.16倍，且2個(gè)自交系G1代葉片脯氨酸增加量也均高于G0代。自交系間相比較，經(jīng)過(guò)相同時(shí)間干旱脅迫后，B73 玉米自交系G1和G0代葉片脯氨酸含量均顯著高于H99自交系(P<0.05)。

2.4 干旱脅迫對(duì)G0和G1代玉米幼苗葉片抗氧化酶活性的影響

2.4.1 SOD活性的影響由圖3，A可知，隨干旱脅迫時(shí)間延長(zhǎng)，所有材料葉片SOD活性均呈先升后降趨勢(shì)，并均在脅迫4 h時(shí)達(dá)到最高，此時(shí)B73和H99 自交系G1代葉片SOD活性分別是G0代的1.04和1.02倍；就同一玉米自交系而言，G1代葉片SOD活性在未經(jīng)干旱脅迫時(shí)稍高于G0代(P>0.05)，在經(jīng)過(guò)相同時(shí)間干旱脅迫后均顯著高于G0代(P<0.05)，且G1代葉片SOD活性增加量均高于G0代。經(jīng)過(guò)相同時(shí)間干旱脅迫后，B73 自交系G1和G0代葉片SOD活性均顯著低于H99自交系(P<0.05)，但是B73 葉片G1和G0代SOD活性增加量卻明顯高于H99自交系。

2.4.2 POD活性圖3，B顯示，隨干旱脅迫時(shí)間延長(zhǎng)，所有材料葉片POD活性均呈先升后降趨勢(shì)，并均在脅迫3 h時(shí)達(dá)到最高值，此時(shí)B73和H99 自交系G1代葉片POD活性分別是G0代的1.10和1.06倍；在同一玉米自交系內(nèi)，G1代葉片POD活性在未經(jīng)干旱脅迫處理時(shí)稍高于G0代(P>0.05)，在干旱脅迫處理1 h時(shí)，H99自交系 G1代葉片POD活性稍高于G0代(P>0.05)，其余處理組G1代POD活性均顯著大于G0代(P<0.05)，且G1代葉片POD活性增加量也均高于G0代。另外，經(jīng)過(guò)相同時(shí)間干旱脅迫后，B73自交系 G1和G0代葉片POD活性均顯著低于相應(yīng)的H99自交系(P<0.05)，而B(niǎo)73 自交系G1和G0代葉片POD活性增加量卻明顯高于相應(yīng)的H99自交系。

2.5 干旱脅迫對(duì)G0和G1代玉米幼苗葉片DNA甲基化修飾的影響

從48對(duì)引物中篩選出20對(duì)高多態(tài)性引物進(jìn)行PCR擴(kuò)增，B73和H99玉米自交系的擴(kuò)增總條帶數(shù)分別為632和589，平均每對(duì)引物擴(kuò)增條帶數(shù)分別為31.60和29.45，2個(gè)玉米自交系經(jīng)干旱脅迫后，同一自交系相同世代DNA甲基化水平及模式變化均不明顯，故實(shí)驗(yàn)只統(tǒng)計(jì)干旱脅迫0、1、3、5h的甲基化狀況。

2.5.1 DNA甲基化水平由圖4可知，隨干旱脅迫時(shí)間延長(zhǎng)，B73 自交系2個(gè)世代(G0和G1代)CG、CHG甲基化水平，以及H99 自交系2個(gè)世代CG甲基化水平均呈緩慢上升趨勢(shì)，H99 自交系2個(gè)世代CHG甲基化水平均呈緩慢下降趨勢(shì)，但其變化均未達(dá)到顯著水平(P>0.05)；干旱脅迫期間，B73 自交系G1代CG+CHG甲基化水平(平均值30.30%)略高于G0代(平均值30.21%)，H99 自交系G1代CG+CHG甲基化水平(平均值29.96%)略低于G0代(平均值30.10%)，B73和H99 自交系G1代CG、CHG甲基化水平變化量均大于G0代，但其變化均未達(dá)到顯著水平(P>0.05)。

圖3 B73和H99玉米自交系G0、G1代葉片抗氧化酶活性比較Fig.3 Comparison of antioxidant enzyme activities between G0 and G1 generation seedlings from maize self-bred line B73 and H99

2.5.2 DNA甲基化模式植物基因組DNA甲基化主要以胞嘧啶甲基化為主，其模式有CG超甲基化(CG hyper)、 CG去甲基化(CG hypo)、 CHG超甲基化(CHG hyper)、CHG去甲基化(CHG hypo)、both hyper和both hypo 6種。由圖5可知，干旱脅迫可引起B(yǎng)73和H99 玉米自交系2個(gè)世代DNA甲基化模式發(fā)生顯著變化(P<0.05)；隨干旱脅迫時(shí)間延長(zhǎng)，所有材料6種DNA甲基化模式的變化均緩慢增強(qiáng)，G1代DNA甲基化模式變化均稍高于G0代；B73 自交系2個(gè)世代DNA甲基化模式均以CG hypo和CHG hypo變化為主，其次是CHG hyper和CG hyper變化，而H99 自交系2個(gè)世代均以CHG hypo和CG hyper變化為主，其次是CG hypo和CHG hyper變化；2個(gè)自交系G1和G0代的DNA甲基化模式both hypo與both hyper 變異率均極低。其中，經(jīng)20%PEG干旱脅迫5 h，B73 自交系G1和G0代的甲基化模式總變異率分別為3.090%和0.208%，H99 自交系G1和G0代的甲基化模式總變異率分別為3.562%和0.223%，B73 自交系2個(gè)世代整體甲基化模式變異率小于H99自交系。

圖4 B73和H99玉米自交系G0、G1代葉片基因組DNA甲基化水平比較Fig.4 Comparison of DNA methylation levels of G0 and G1 generation seedlings from maize self-bred line B73 and H99

圖5 B73和H99玉米自交系G0、G1代葉片基因組DNA甲基化模式比較Fig.5 Comparison of DNA methylation patterns of G0 and G1 generation seedlings from maize self-bred line B73 and H99

表2 4份玉米材料的抗旱隸屬函數(shù)值

2.6 玉米自交系G0和G1代幼苗抗旱性綜合評(píng)價(jià)

目前尚無(wú)植物抗旱性評(píng)價(jià)的標(biāo)準(zhǔn)指標(biāo)，干旱環(huán)境下植物的生理變化非常復(fù)雜，利用單一生理指標(biāo)評(píng)價(jià)抗旱性并不科學(xué)，隸屬函數(shù)法是以各生理指標(biāo)隸屬度的平均值作為標(biāo)準(zhǔn)來(lái)評(píng)價(jià)植物的抗旱性，平均值越高，抗旱性越強(qiáng)[18]。兩個(gè)玉米自交系G0和G1代6個(gè)指標(biāo)的隸屬函數(shù)計(jì)算結(jié)果(表2)顯示，4份材料的抗旱性由強(qiáng)到弱依次為：B73 G1代>B73 G0代>H99 G1代>H99 G0代，說(shuō)明B73和H99自交系經(jīng)干旱鍛煉后，其自交后代的抗旱性均有所增強(qiáng)，且B73抗旱性高于H99。

3 討 論

3.1 干旱鍛煉對(duì)玉米自交系G1代響應(yīng)干旱脅迫時(shí)生理指標(biāo)的影響

已有的干旱脅迫經(jīng)歷可能會(huì)改變植物應(yīng)對(duì)干旱脅迫的生理反應(yīng)。RWC是直接評(píng)價(jià)植物保水能力的指標(biāo)，RWC值越小，說(shuō)明植物缺水越嚴(yán)重，受干旱脅迫損傷程度越深[19]，因此RWC常被用于評(píng)價(jià)植物的抗旱性。Ding等研究發(fā)現(xiàn)，經(jīng)多次短時(shí)干旱鍛煉后，玉米[6]和擬南芥[20]當(dāng)代葉片RWC均明顯提高。本實(shí)驗(yàn)中，在干旱脅迫條件下，B73和H99 玉米自交系G1代葉片RWC均顯著高于G0代，說(shuō)明G0代干旱鍛煉提高了G1代葉片的保水能力。可以推測(cè)，一定強(qiáng)度的干旱鍛煉可以提高玉米植株當(dāng)代、甚至其子代葉片的保水能力。同時(shí)，B73和H99 玉米自交系G1和G0代葉片RWC隨干旱脅迫強(qiáng)度增加顯著下降，具有一定的劑量效應(yīng)。

缺水可以引起植物細(xì)胞內(nèi)活性氧的大量累積[21]，引發(fā)膜脂過(guò)氧化反應(yīng)，該反應(yīng)的最終產(chǎn)物MDA會(huì)破壞膜的結(jié)構(gòu)和功能，甚至導(dǎo)致植物死亡。因此，MDA含量是衡量植物受干旱傷害程度的重要指標(biāo)[14]。與此同時(shí)，多數(shù)植物還擁有一套清除活性氧的抗氧化保護(hù)系統(tǒng)，其主要成員有SOD和POD等抗氧化酶，干旱條件下植物可以通過(guò)增加這些抗氧化酶的活性來(lái)避免或減輕干旱帶來(lái)的傷害[21]。本實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，干旱脅迫可以引起B(yǎng)73和H99玉米自交系葉片的膜損傷，改變其抗氧化酶活性，同時(shí)，與G0代相比，B73和H99 自交系G1代經(jīng)歷干旱脅迫時(shí)的MDA含量增加速度均明顯減緩，SOD和POD活性均明顯提高，說(shuō)明G0代玉米干旱鍛煉可提高G1代的抗氧化能力，降低由干旱脅迫帶來(lái)的膜傷害，這與擬南芥[17]、馬鈴薯[5]、小麥[18]的相關(guān)研究結(jié)果一致。另外，本實(shí)驗(yàn)中，當(dāng)干旱脅迫超過(guò)4 h后，所有材料葉片的SOD和POD活性均開(kāi)始下降，證明高強(qiáng)度干旱脅迫會(huì)破壞植物的自身抵御能力[22]。

滲透調(diào)節(jié)機(jī)制同樣是植物適應(yīng)干旱的重要途徑，植物借助脯氨酸、可溶性糖等滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)使細(xì)胞維持一定的膨壓，使膜蛋白維持正常結(jié)構(gòu)、參與活性氧的清除[21]。因此，研究者們認(rèn)為由逆境引起的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的累積與植物的抗旱性成正相關(guān)[14]。本實(shí)驗(yàn)恰好證明了這一結(jié)論：B73和H99 自交系G1代再次經(jīng)歷干旱脅迫時(shí)，其葉片脯氨酸和可溶性糖含量均明顯高于G0代，即親代干旱鍛煉可增加玉米自交后代滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的累積，降低細(xì)胞滲透勢(shì)，利于細(xì)胞保水，這與在小麥[18]上相關(guān)的研究結(jié)果一致。

3.2 干旱鍛煉對(duì)玉米自交系G1代響應(yīng)干旱脅迫時(shí)DNA甲基化修飾的影響

DNA甲基化修飾不僅參與植物對(duì)逆境脅迫的應(yīng)答，還參與植物抗逆脅迫記憶的形成與維持，現(xiàn)已在水稻[23]、番茄[24]、擬南芥[25]中發(fā)現(xiàn)了與DNA甲基化修飾相關(guān)的基因參與了抗逆應(yīng)答； Wibowo等[12]則發(fā)現(xiàn)水稻跨代鹽脅迫記憶與特定區(qū)域DNA超甲基化有關(guān)；Herman與Boyko則分別證明DNA甲基化介導(dǎo)了桃葉寥[26]和擬南芥[10]的跨代干旱脅迫記憶。本實(shí)驗(yàn)中，同一玉米自交系2個(gè)世代DNA甲基化水平變化趨勢(shì)相同，但是G1代DNA甲基化修飾變化大于G0代，與水稻[27]的相關(guān)研究結(jié)果吻合。在干旱脅迫下，B73和H99 玉米自交系2個(gè)世代基因組DNA甲基化水平和甲基化模式的變化并不明顯，推測(cè)DNA甲基化修飾的改變可能需要相對(duì)較長(zhǎng)時(shí)間，同時(shí)B73和H99甲基化修飾響應(yīng)脅迫的變異規(guī)律并不相同，證明了Ferreira提出的DNA甲基化動(dòng)態(tài)變化與基因型有關(guān)的說(shuō)法[28]。

與G0代相比，2個(gè)玉米自交系G1代葉片CG、CHG甲基化修飾均更不穩(wěn)定，G1代抗旱性均有所增強(qiáng)，說(shuō)明G0代的干旱鍛煉在G1代體內(nèi)留有印記，當(dāng)再次遭受干旱逆境時(shí)，可以產(chǎn)生更快更強(qiáng)的DNA甲基化變化，啟動(dòng)自身防御系統(tǒng)，提升保水能力，避免或減緩傷害，進(jìn)而表現(xiàn)出更強(qiáng)的抗旱性。本研究從生理和DNA甲基化修飾視角分析了干旱鍛煉對(duì)玉米自交后代抗旱性的影響，為玉米抗旱新品種培育及植物跨代脅迫記憶機(jī)制研究奠定了基礎(chǔ)。