【摘要】：外源DNA導入是創(chuàng)造新種質、培育新品種的一種新途徑,通過將外源DNA導入到植物種質系統(tǒng)的細胞,獲得突變材料,并篩選出具有某些目的性狀的新種質和新品種。本實驗室利用改良的“花粉管介導法”,將玉米DNA導入水稻“日本晴”,獲得了一批突變株,經多代自交選育,至第八代選育出與日本晴農藝性狀有明顯差異的基本穩(wěn)定遺傳的變異株系,命名為RMIM91(以下簡稱R91)。對R91進行全基因組重測序、轉錄組測序、蛋白結構預測和激素信號傳導通路分析,結果表明:1、基因組測序結果中檢測到大量突變位點,與水稻數(shù)據庫和對照基因組數(shù)據比對后,篩選獲得R91特有突變位點共200,479處,包括103,314處SNP和97,165處In Del,說明外源DNA對水稻基因組DNA誘變效果明顯。2、R91特有SNP突變中發(fā)生堿基轉換有62,647處,堿基顛換有40,667處,InDel突變包括61,816處插入和35,348處缺失,說明R91中轉換頻率大于顛換頻率,插入突變多于缺失突變。3、R91基因組堿基發(fā)生突變的頻率由高到低為:G(30.76%)C(30.28%)A(19.59%)T(19.37%),說明在R91中G和C是易突變堿基。4、SNP突變位點中,臨側堿基為PuNPu的突變位點有26,453處,為PyNPy的突變位點共有26,314處,臨側堿基為PuNPyPyNPu的位點共有50,545處,其中臨側堿基為CNG的突變位點有8,610處,突變頻率最高,表明在臨側堿基為C和G時堿基更容易發(fā)生突變。5、SNP突變發(fā)生在基因關鍵位點的共43處(基因啟動子缺失突變1處、終止子突變17處、剪接區(qū)突變4處),有5處突變位點在R91下代基因組中重新檢出。已知功能基因及上下游共檢測到34處SNP突變,分別位于10個基因上,有4處影響蛋白編碼,其中2處突變位點在R91下代基因組中重新檢出。這表明全基因組測序檢出的突變位點在R91中確實存在,外源DNA導入能誘導水稻基因組發(fā)生SNP突變。6、位于基因關鍵位點的InDel突變有986處,其中插入有613處,缺失374處;插入和缺失堿基變化范圍主要分布在-2~2個堿基,說明InDel突變主要為3堿基以下的插入和缺失。7、從InDel突變中篩選出25個In Del位點進行檢測,有14個突變位點在R91下代被重新檢測到;已知功能基因及上下游的In De突變位點有53處,共影響到18個基因,經檢測有6處突變位點在R91下代重新檢出。這表明外源DNA導入能誘導水稻產生InDel突變。8、R91下代揚花期劍葉和莖節(jié)的轉錄組數(shù)據分析表明,部分突變基因的表達水平較日本晴有顯著變化:R91中被沉默的基因有Os06g0240400和Os12g0116200,被激活表達的基因有Os05g0309000和Os06g0246200;Os01g0686200基因在莖節(jié)和劍葉表達水平均上調,Os09g0567000基因在莖節(jié)和劍葉表達水平均下調,Os05g0390500和Os08g0193300基因僅在莖節(jié)表達上調,Os05g0309000僅劍葉表達上調,Os10g0126500基因僅莖節(jié)表達下調。表明外源DNA導入誘發(fā)的突變可以影響水稻基因揚花期的表達水平。9、蛋白結構預測分析結果表明,27處重檢出的突變位點中,有7處破壞了蛋白的功能結構,說明外源DNA導入引起的突變可以對蛋白功能造成較大影響。10、功能富集聚類分析中,乙烯和脫落酸信號傳導通路中部分基因表達水平差異顯著,表明外源DNA導入誘發(fā)的突變對這兩個激素信號傳導通路有影響。以上結果表明,外源DNA導入是一種有效的生物誘變技術,可以誘導水稻基因組發(fā)生大量SNP突變和插入缺失突變,以及少部分外源DNA序列的插入,改變水稻的基因序列,對基因編碼的蛋白結構和功能以及基因表達水平有重大影響。研究中發(fā)現(xiàn)的易突變堿基和易突變位點,為研究水稻基因突變的分子機理提供理論依據;誘變引發(fā)的多種突變性狀,對新基因發(fā)掘和功能基因研究、新種質資源的創(chuàng)制和利用有重要意義。
【圖文】：

轉錄組測序分析流程

R91部分變異性狀注：a為CK與R91株型對比，，標尺20cm；b、c、d分別為R91氣生根、紫莖、高位分蘗
【學位授予單位】：河南師范大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：S511

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本文編號：2628158