玉米DNA诱导的水稻变异株系RMIM91WGS及RNA-Seq分析

1、玉米 DNA诱导的水稻变异株系RMIM91 WGS及 RNA-Seq分析外源 DNA导入是创造新种质、培育新品种的一种新途径, 通过将外源 DNA导入到植物种质系统的细胞, 获得突变材料 , 并筛选出具有某些目的性状的新种质和新品种。本实验室利用改良的“花粉管介导法”, 将玉米 DNA导入水稻“日本晴” , 获得了一批突变株 , 经多代自交选育 , 至第八代选育出与日本晴农艺性状有明显差异的基本稳定遗传的变异株系, 命名为 RMIM91(以下简称 R91)。对 R91进行全基因组重测序、 转录组测序、蛋白结构预测和激素信号传导通路分析 , 结果表明 :1 、基因组测序结果中检测到大量突变位点

2、, 与水稻数据库和对照基因组数据比对后 , 筛选获得 R91 特有突变位点共 200,479 处, 包括 103,314处 SNP和 97,165 处 In Del, 说明外源 DNA对水稻基因组 DNA诱变效果明显。 2、R91特有 SNP突变中发生碱基转换有62,647 处, 碱基颠换有 40,667 处,InDel突变包括 61,816 处插入和 35,348 处缺失 , 说明 R91中转换频率大于颠换频率, 插入突变多于缺失突变。3、R91基因组碱基发生突变的频率由高到低为 :G(30.76%)>C(30.28%)>A(19.59%)>T(19.37%),说明在 R9

3、1中 G和 C是易突变碱基。 4、SNP突变位点中 , 临侧碱基为 PuNPu的突变位点有 26,453 处,为 PyNPy的突变位点共有 26,314 处, 临侧碱基为 PuNPy&PyNPu的位点共有 50,545处 , 其中临侧碱基为 CNG的突变位点有 8,610 处, 突变频率最高 , 表明在临侧碱基为 C 和 G时碱基更容易发生突变。5、SNP突变发生在基因关键位点的共 43 处( 基因启动子缺失突变 1 处、终止子突变 17 处、剪接区突变 4 处), 有 5 处突变位点在 R91 下代基因组中重新检出。已知功能基因及上下游共检测到 34 处 SNP突变 , 分别位于 10 个基

4、因上 , 有 4处影响蛋白编码 , 其中 2 处突变位点在 R91 下代基因组中重新检出。这表明全基因组测序检出的突变位点在R91中确实存在 , 外源 DNA导入能诱导水稻基因组发生SNP突变。6、位于基因关键位点的InDel 突变有 986 处, 其中插入有 613 处, 缺失 374 处; 插入和缺失碱基变化范围主要分布在-22 个碱基 , 说明 InDel 突变主要为 3 碱基以下的插入和缺失。7、从 InDel 突变中筛选出 25 个 In Del位点进行检测 , 有 14 个突变位点在R91下代被重新检测到 ; 已知功能基因及上下游的In De 突变位点有 53 处, 共影响到 18

5、 个基因 , 经检测有 6 处突变位点在 R91 下代重新检出。这表明外源DNA导入能诱导水稻产生InDel 突变。8、R91下代扬花期剑叶和茎节的转录组数据分析表明, 部分突变基因的表达水平较日本晴有显著变化:R91 中被沉默的基因有 Os06g0240400和 Os12g0116200,被激活表达的基因有Os05g0309000和 Os06g0246200;Os01g0686200基因在茎节和剑叶表达水平均上调 ,Os09g0567000 基因在茎节和剑叶表达水平均下调 ,Os05g0390500和 Os08g0193300基因仅在茎节表达上调 ,Os05g0309000仅剑叶表达上调 ,

6、Os10g0126500基因仅茎节表达下调。 表明外源 DNA导入诱发的突变可以影响水稻基因扬花期的表达水平。9、蛋白结构预测分析结果表明 ,27 处重检出的突变位点中 , 有 7 处破坏了蛋白的功能结构 , 说明外源 DNA导入引起的突变可以对蛋白功能造成较大影响。 10、功能富集聚类分析中 , 乙烯和脱落酸信号传导通路中部分基因表达水平差异显著,表明外源 DNA导入诱发的突变对这两个激素信号传导通路有影响。以上结果表明 , 外源 DNA导入是一种有效的生物诱变技术, 可以诱导水稻基因组发生大量 SNP突变和插入缺失突变 , 以及少部分外源 DNA序列的插入 , 改变水稻的基因序列 , 对基因编码的蛋白结构和功能以及基因表达