基于空间环境诱变水稻基因组特征进行突变体筛选的技术研究与应用

为了进一步分析空间环境引起的水稻遗传变异特征和变异位点的生物学意义，该项目需要进一步跟踪突变位点，分析这些突变位点序列特征和功能，研究这些位点在后代中的变化。分析基因组甲基化改变及蛋白质组改变特征。

(1) 对神舟六号飞行诱变的三个突变体进行了基因组突变率分析，对突变位点进行了克隆测序。结果显示，有3个突变位点位于转座子区，而且有一个（Z-15）明显发生了转座或重组行为。研究发现5个突变基因，分别编码核糖体蛋白、未知蛋白（疑似核糖体蛋白）、TPR基序蛋白、MtN3/saliva家族跨膜蛋白及锌指蛋白。这些基因参与的生化过程包括：核糖体中蛋白质的合成（翻译）、蛋白质相互作用、基因调控、蛋白质核酸相互作用（转录因子）。

(2) 空间飞行能够导致水稻特定基因组序列DNA甲基化状态的变化，具体表现为甲基化多态性比例增加，多态性的变化既有甲基化的产生也有甲基化的去除。而且这种变化在空间飞行后当代的表型变化植株上更为明显。与基因组中的CG位点相比，CNG位点更容易发生DNA甲基化状态的改变。对变化位点进行测序发现，空间飞行引起的DNA甲基化变化的位点主要分布在编码区和未知功能的区域上。

(3) 神舟6号飞船飞行可引起水稻种子氮元素代谢调节、核酸代谢、光合作用光反应、细胞氧化还原动态平衡、蛋白折叠、蛋白降解以及抗盐胁迫相关的蛋白分子发生较强烈的变化。空间飞行环境引起的当代蛋白表达谱变化特征对于越光和北京红两个品系延续到了第二代；而对于莲粳一号和珍珠红两个品系当代的蛋白表达变化特征在第二代有所回复。说明不同的遗传背景对于诱变的稳定性有一定的影响。

(4) 神舟六号飞行诱导的蛋白质表达谱，在第一代的变化较大的光合作用光反应类蛋白在第二代都有所降低；而氮元素代谢调节、细胞氧化还原动态平衡蛋白质在当代以及第二代中的差异表达一直稳定存在；而化学物胁迫应答、脂类合成、氧化还原以及光合作用暗反应蛋白，在第二代而非当代出现了显著的差异表达。说明与抗逆相关功能的蛋白质能在第二代中被激发出来。

为了进一步分析空间环境引起水稻遗传变异特征和变异位点的生物学意义，该项目需要进一步跟踪突变位点，分析这些突变位点序列特征和功能，研究这些位点在后代中的变化。分析基因组甲基化改变及蛋白质组改变特征。(1)对神舟六号飞行诱变的三个突变体进行了基因组突变率分析，对突变位点进行了克隆测序，有3个突变位点位于转座子区，而且有一个(Z-15)明显发生了转座或重组行为。发现5个突变基因，分别编码核糖体蛋白、未知蛋白(疑似核糖体蛋白)、TPR基序蛋白、MtN3/saliva家族跨膜蛋白及锌指蛋白，参与的生化过程包括：核糖体中蛋白质的合成(翻译)、蛋白质相互作用、基因调控、蛋白质核酸相互作用(转录因子)。(2)空间飞行能够导致水稻特定基因组序列DNA甲基化状态的变化，具体表现为甲基化多态性比例增加，多态性的变化既有甲基化的产生也有甲基化的去除。而且这种变化在空间飞行后当代的表型变化植株上更为明显。与基因组中的CG位点相比，CNG位点更容易发生DNA甲基化状态的改变。对变化位点进行测序发现空间飞行引起的DNA甲基化变化的位点主要分布在编码区和未知功能的区域上。(3)神舟6号飞船飞行可引起水稻种子氮元素代谢调节、核酸代谢、光合作用光反应、细胞氧化还原动态平衡、蛋白折叠、蛋白降解以及抗盐胁迫相关的蛋白分子发生较强烈的变化；空间飞行环境引起的当代蛋白表达谱变化特征对于越光和北京红两个品系延续到了第二代；而对于莲粳一号和珍珠红两个品系当代的蛋白表达变化特征在第二代有所回复。说明不同的遗传背景对于诱变的稳定性有一定的影响。(4)神舟六号飞行诱导的蛋白质表达谱，在第一代的变化较大的光合作用光反应类蛋白在第二代都有所降低；而氮元素代谢调节、细胞氧化还原动态平衡蛋白质在当代以及第二代中的差异表达一直稳定存在；而化学物胁迫应答、脂类合成、氧化还原以及光合作用暗反应蛋白，在第二代而非当代出现了显著的差异表达。说明与抗逆相关功能的蛋白质能在第二代中被激发出来。