基于高通量测序的水稻航天诱变频谱分析和突变基因挖掘

【作者】 郭涛； 罗文龙； 陈淳； 王慧； 陈志强；

【机构】 华南农业大学国家植物航天育种工程技术研究中心；

【摘要】 【研究背景】航天诱变技术是种质资源创新的有效途径,但航天诱变的分子机理仍不明确。本研究通过对多个航天诱变水稻突变体进行高通量测序,从全基因组水平解析航天诱变的频谱;结合隐性群体连锁分析和序列变异分析,快速鉴定与突变表型相关的功能基因。【材料与方法】水稻品种航恢173、Francis经航天搭载、γ射线和C离子束辐照后,筛选出34个不同类型突变体。利用高通量测序对34个突变体进行基因组测序和对比分析,解析航天诱变的分子频谱;通过遗传分离群体构建和突变基因功能预测,对2个突变体的突变基因进行挖掘。【结果与分析】(1)基于illumina高通量测序,以检出的碱基突变进行估算,航天诱变突变体的突变频率在10-4至10-5;其他诱变方式获得的31个突变体,突变频率都在10-7至10-8。(2)利用SMRT测序对航天诱变突变体H153、H398和H399进行验证,检出突变的假阳性比率很低(<5%),表明本研究对illumina测序数据采用的突变检测和过滤方法是准确可靠的。(3)航天诱变、γ射线和C离子束辐照诱发的突变都以SNV和小于5 bp的Indel为主,但航天诱变突变体存在较多大于50 bp的结构变异。可视化分析发现,SNV集中地散布在结构变异的周围,从而使这些突变体的局部区域呈现明显的成簇性突变。(4)对航天诱变检出的突变进行效应预测,发现可能导致Highimpact的突变数量和突变数量的之比平均为1.98%。(5)通过对航天诱变突变体H399(白转绿)和H404(颖花异常)受到High impact的基因进行连锁分析,发现两个突变体均为基因功能缺失型(Loss-of-function)突变体,H399的一个C>T SNV引起突变基因转录的提前终止,而H404是由于8bp缺失造成致变基因发生移码突变。【结论】航天诱变的碱基变异频率高于伽马射线及C离子束辐照,并且变异的分布呈现明显的成簇分布,可能与空间环境的极端条件有关;结合连锁分析和碱基突变功能预测,可以快速获得与性状有关的突变基因。更多还原