玉米DNA诱导的水稻变异株系RMIM91 WGS及RNA-Seq分析

发布时间：2020-04-15 04:55

【摘要】：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,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R91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PuNPyPyNPu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-2~2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,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水平有重大影响。研究中发现的易突变碱基和易突变位点,为研究水稻基因突变的分子机理提供理论依据;诱变引发的多种突变性状,对新基因发掘和功能基因研究、新种质资源的创制和利用有重要意义。
【图文】：

转录组测序分析流程

R91部分变异性状注：a为CK与R91株型对比，，标尺20cm；b、c、d分别为R91气生根、紫茎、高位分蘖
【学位授予单位】：河南师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：S511

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 李文送;;DNA甲基化及其生物学功能[J];生物学教学;2014年09期

2 刘庆华;茹慧香;;“DNA是主要的遗传物质”教学设计[J];中学生物教学;2016年07期

3 丁思思;袁华;罗小虎;李高峰;;植物DNA粗提取与鉴定的简便方法[J];中学生物教学;2016年19期

4 周苑;;《DNA分子的结构》微课程设计[J];中国信息技术教育;2016年24期

5 吴久宏;;追寻人类思维的脉络——苏教版“DNA分子的结构”一节科学史料教学设计[J];中学生物教学;2016年21期

6 唐琳;;《DNA是主要的遗传物质》教学设计(第一课时)[J];课程教育研究;2016年35期

7 王佳惠;;“观察DNA和RNA在细胞中的分布”实验改进[J];中学生物教学;2016年18期

8 刘雪梅;;作图法解决“放射性同位素标记DNA与细胞增殖”问题[J];中学生物教学;2016年18期

9 陈云;;“DNA是主要的遗传物质”一节的教学设计[J];生物学教学;2017年02期

10 霍静;李妞妞;曾令江;;提高“DNA粗提与鉴定”实验开出率的思考与探索[J];生物学教学;2017年02期

中国重要会议论文全文数据库 前10条

1 刘冰;王旭;赵梦真;晁洁;樊春海;;基于DNA折纸术的纳米金棒精密修饰[A];中国化学会第30届学术年会摘要集-第二十八分会：化学生物学[C];2016年

2 刘冬生;李闯;程恩隽;邢永政;金娟;;DNA超分子水凝胶及其应用[A];中国化学会第30届学术年会摘要集-第二十四分会：超分子组装与软物质材料[C];2016年

3 Kaiying Cheng;Hong Xu;Xuanyi Chen;Liangyan Wang;Bing Tian;Ye Zhao;Yuejin Hua;;Structural basis for DNA 5′-end resection by RecJ[A];第五届中国结构生物学学术讨论会摘要集[C];2016年

4 陈南迪;覃诗雅;羊小海;王青;翦立新;王柯敏;;“传感-治疗”的DNA纳米装置在协同杀伤循环肿瘤细胞的应用[A];中国化学会第30届学术年会摘要集-第三十八分会：纳米生物效应与纳米药物化学[C];2016年

5 刘晔华;陈锦艳;江雁;张坚磊;穆红;;磁珠法提取金黄色葡萄球菌基因组DNA的评价[A];第七届中国临床微生物学大会暨微生物学与免疫学论坛论文汇编[C];2016年

6 谭磊;孙悦;周湘;刘伟;;多头蚴核糖体DNA及线粒体DNA多态性研究[A];中国畜牧兽医学会兽医寄生虫学分会第十三次学术研讨会论文集[C];2015年

7 叶俏;沈洁;严婷婷;王宙政;;原发性干燥综合征患者血浆循环DNA与疾病活动相关性研究[A];2015年浙江省风湿病学学术年会论文汇编[C];2015年

8 周嘉嘉;FriederikeSchmid;;计算模拟研究DNA和聚电解质的结合[A];2015年全国高分子学术论文报告会论文摘要集——主题E 高分子理论计算模拟[C];2015年

9 Yuan Zhang;Yanlong Chen;Gaigai Xu;Chen Lan;Shaige Xia;Wenjie Zhao;Shusheng Zhang;;Endogenous DNA adducts method establishment and Human Biomonitoring[A];河南省化学会2016年学术年会论文摘要集[C];2016年

10 孙觅;辛丽斐;刘宏;;基于浓差电池原理高灵敏检测DNA的传感器[A];中国化学会第30届学术年会摘要集-第四分会：生物分析和生物传感[C];2016年

中国重要报纸全文数据库 前10条

1 深圳特区报首席记者 孙锦;解读DNA惠及世界患癌儿童[N];深圳特区报;2018年

2 本报记者 辛明;邓亚军：灾难现场的DNA斗士[N];中国青年报;2011年

3 本报记者 欧阳晓红　韩宋辉;“可怕”的友邦DNA 267亿港元净利从何而来[N];经济观察报;2015年

4 本报记者 陆成宽;DNA到底能不能预测外貌[N];科技日报;2018年

5 陆成宽;DNA到底能不能预测外貌[N];科学导报;2018年

6 记者 刘霞;人体细胞内存在全新DNA结构[N];科技日报;2018年

7 强天林 王佳乐;DNA存储技术：掌握信息控制权的利器[N];解放军报;2018年

8 柯文;人体细胞内存在全新DNA结构[N];江苏科技报;2018年

9 本报记者 秦珍子;是不是另一半，DNA说了算？[N];中国青年报;2014年

10 本报记者 梁国胜;“1000万”破解企业家身上的理想DNA[N];中国青年报;2007年

中国博士学位论文全文数据库 前10条

1 孙洪芳;FEN1功能以及作为抗肿瘤靶点的可行性研究[D];南京师范大学;2018年

2 周文姣;基于酶辅助信号放大和DNA自组装纳米结构的生物标志物传感研究[D];西南大学;2018年

3 王丹;DNA损伤应答中长非编码RNA LRIK、ncRNA0301及蛋白质XPF的功能研究[D];湖南大学;2018年

4 苏晨鹤;Ⅰ型单纯疱疹病毒HSV-1皮层蛋白UL41逃逸宿主DNA识别信号通路抗病毒天然免疫的分子机制[D];苏州大学;2017年

5 吴琼;多功能声敏剂结合超声波照射损伤DNA的研究[D];辽宁大学;2018年

6 吴丹;CRISPR/C2c1的结构与功能机制研究[D];哈尔滨工业大学;2017年

7 陈勇;53BP1与微小染色体维持蛋白复合物参与人肝癌细胞DNA损伤修复的机制研究[D];南方医科大学;2018年

8 田茜;黄单胞菌属DNA条形码筛选及其重要致病变种检测技术研究[D];中国农业科学院;2018年

9 王倩倩;双加氧酶Tet对DNA甲基化修饰的影响及相关调控机制研究[D];中国农业大学;2018年

10 吴成超;序列复杂度方法在DNA调控元件预测中的应用研究[D];华中农业大学;2018年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 田鹤枫;Fe_3O_4@Au纳米复合材料的合成及对质粒DNA的纯化研究[D];四川农业大学;2015年

2 李晓燕;表面活性剂对DNA空间结构及其液晶态影响的研究[D];西北大学;2018年

3 何美林;慢性HBV感染患儿血清preS1-Ag、HBVM及HBV-DNA检测结果分析[D];重庆医科大学;2017年

4 孟冬梅;乙型肝炎病毒标志物及DNA定量检测在慢性HBV感染进程中的临床意义[D];华北理工大学;2018年

5 杨国庆;基于球形核酸DNA链取代反应的端粒酶活性荧光检测[D];南京师范大学;2018年

6 胡中培;骨架磷硫修饰DNA在溶液中三维结构的初步研究[D];华中师范大学;2013年

7 朱小静;长江河口大型底栖动物及游泳动物DNA条形码研究[D];华东师范大学;2018年

8 石海燕;基于双链特异性核酸酶信号扩增的纳米传感器检测microRNA[D];河北大学;2018年

9 刘慧龙;新型高灵敏免修饰液晶型DNA生物传感器及其应用[D];重庆医科大学;2018年

10 朱斌;DNA损伤修复基因对农杆菌介导水稻遗传转化的影响[D];浙江大学;2017年

本文编号：2628158