《核輻射誘發植物基因組變異的特徵與定向選擇技術研究》是依託浙江大學，由舒慶堯擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：核輻射誘發植物基因組變異的特徵與定向選擇技術研究
- 依託單位：浙江大學
- 項目負責人：舒慶堯
- 項目類別：面上項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
誘發突變技術在作物新品種培育中已發揮巨大作用，是核技術農業套用的重要領域。但是，迄今尚未在基因組水平上開展研究，對不同射線誘發的基因組變異的特徵、變異位點的染色體分布、頻率等基本規律的認識基本空白。本研究將選用水稻（單子葉）、擬南芥（雙子葉）為代表性植物，採用基因組重測序等基因組學和分子遺傳學技術，對鈷－60伽瑪射線（低LET）和高能碳離子束（高LET）輻射誘導的變異開展研究，確定兩類射線誘發的基因組變異的特徵（點突變、插入/缺少突變、染色體易位；突變熱點等）和突變的劑量效應（劑量與突變頻率之關係），並在此基礎上設計定向選擇誘發變異的最佳技術方案，建立起基於新一代DNA測序技術的突變定向篩選技術（Seq-TILLING）。研究結果將極大地增進對兩類核輻射與遺傳物質之間作用機制的認識，建立起高效、定向選擇變異的技術體系，從而大幅提升利用核輻射改良作物品種的水平、效率和針對性。
結題摘要
為在分子和基因組水平上認識輻射誘發植物遺傳變異的特徵，本研究採用基因組重測序等基因組學和分子遺傳學技術，分析伽瑪射線和高能離子束對水稻和擬南芥誘發遺傳變異的主要特徵，建立起了突變基因快速篩選和鑑定技術體系並克隆到兩個基因，創製了突變群體。研究成果將對農作物特別是水稻誘變育種和突變基因克隆起到重要推動作用。主要結果和發現如下： 1、在全基因組範圍、單核苷酸水平上揭示了γ射線誘發可遺傳變異的頻率與特徵及劑量效應。γ射線誘發的變異種類既有單鹼基替代（SBS）突變，也有插入缺失突變（Indels）和結構變異；以鹼基為單位，水稻M2代植株中的平均突變頻率約為7.5-9.8 × 10-6；SBS變異頻率約為Indel突變的4倍；結構變異頻率比Indel更低；SBS和Indel突變隨機的分布在12條染色體上，無明顯的突變熱點，在研究的劑量範圍（164 -384 Gy）內，突變頻率無劑量效應。 2、完成了C 、Ne和Ar三種高能離子束輻射水稻的輻射生物學效應分析，在全基因組水平初步揭示了三種離子束誘發水稻變異的分子特徵，包括SBS和Indel突變，隨機分布在水稻的12條染色體上。 3、明確了基於新一代測序技術（NGS，Seq-TILLING）和高分辨熔解曲線（HRM，HRM-TILLING）技術的高通量篩選Indel突變的效果和影響因素，建立了水稻HRM-TILLING技術體系並利用該體系成功篩選到2個突變體。 4、完成了碳離子束、氬離子束和伽馬射線輻射誘變擬南芥的比較研究，並利用基因組重測序等技術分析了誘發突變特徵，發現存在包括單鹼基突變、小片段插入/缺失突變等變異類型。 5. 通過基因圖位克隆技術在農作物里首次鑑定出伽馬射線誘發產生的一個穩定遺傳的表觀突變基因；利用基因池測序法快速鑑定出了一個控制翠綠葉突變的突變位點。 6. 建立了2個M2（M3）水稻/擬南芥突變體庫。 本項研究雖然在基因組水平上揭示了伽瑪射線和高能離子束誘發突變的頻率和特徵，但是受到測序技術和生物信息學分析方法本身的局限，對兩種輻射引起的結構變異未能深入分析，有待進一步研究。
