離子束輻照擬南芥生物效應(yīng)研究.pdf

1、自從上世紀(jì)80年代中后期中科院等離子體所余增亮先生提出離子束生物學(xué)效應(yīng)以來，國(guó)內(nèi)外多家機(jī)構(gòu)采用不同的植物和微生物作為研究材料，進(jìn)行多種離子注入的生物效應(yīng)和作用機(jī)理的研究已取得很大的進(jìn)展。學(xué)者們發(fā)現(xiàn)了諸多誘變效應(yīng)，包括表觀性狀、生化指標(biāo)、細(xì)胞形態(tài)以及分子效應(yīng)等，以此創(chuàng)造了較大的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。近年來，重離子以其獨(dú)特的物理核生物學(xué)特性而成為了一種備受關(guān)注的新型輻射誘變?cè)矗勺畛醯脑谂R床醫(yī)學(xué)應(yīng)用擴(kuò)展至在誘變育種中的應(yīng)用，均收獲了不小的成果。<

2、br>　　伴隨著高通量測(cè)序技術(shù)的快速發(fā)展，一種新的方法——RNA-seq技術(shù)被廣泛應(yīng)用于生命科學(xué)研究，它可以非常有效的定性和定量化分析轉(zhuǎn)錄組，因此被廣泛應(yīng)用于基因表達(dá)調(diào)控領(lǐng)域的研究。通過RNA-seq，可以對(duì)材料的基因表達(dá)情況進(jìn)行詳細(xì)的分析，并且對(duì)不同材料間的差異表達(dá)情況進(jìn)行較為詳細(xì)的展示。
　　本文利用 N+低能離子束與12C6+重離子束為輻照離子對(duì)新稻18以及哥倫比亞型（Col）擬南芥種子進(jìn)行輻照處理，通過對(duì)輻照后種子培養(yǎng)的幼

3、苗進(jìn)行表型統(tǒng)計(jì)分析來篩選材料進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)。通過表型統(tǒng)計(jì)分析，發(fā)現(xiàn)使用 N+輻照材料表型較為混亂，而12C6+輻照結(jié)果較為穩(wěn)定，因此選用12C6+為輻照離子進(jìn)行深入研究。使用初始能量為80MeV/U，輻照劑量分別為50Gy、75Gy、100Gy、150Gy、200Gy的12C6+離子束輻照擬南芥（Col）種子，通過10天的培養(yǎng)，將所有待測(cè)序材料根據(jù)表型分析歸為生長(zhǎng)抑制型YZ（Z75、Z100S、Z150、Z200）和非生長(zhǎng)抑制型CJ（Z50

4、、Z100H）進(jìn)行轉(zhuǎn)錄組測(cè)序和分析。使用Illumina Hiseq4000平臺(tái)對(duì)6個(gè)輻照型（100Gy分兩組）和一個(gè)野生型對(duì)照共7組材料進(jìn)行測(cè)序，每組材料設(shè)立3個(gè)生物學(xué)重復(fù)，共計(jì)21個(gè)樣品，每個(gè)樣品平均產(chǎn)出2.12Gb數(shù)據(jù)。通過測(cè)序數(shù)據(jù)與參考基因組的比對(duì)分析，得到各組材料的基因表達(dá)量，再利用其表達(dá)量計(jì)算基因表達(dá)差異情況，可知有39個(gè)轉(zhuǎn)錄本在YZ各組中表達(dá)量均發(fā)生了變化，這些轉(zhuǎn)錄本經(jīng)功能注釋發(fā)現(xiàn)其功能廣布于各種生物學(xué)途徑和基因家族，如光

5、合作用、抵抗逆境脅迫以及轉(zhuǎn)錄因子等等；而在 CJ各組中共有54個(gè)轉(zhuǎn)錄本表達(dá)量發(fā)生變化，其功能注釋后的結(jié)果除了來自各種生物學(xué)途徑與基因家族外，還參與了抗逆和轉(zhuǎn)錄因子以及代謝相關(guān)酶的合成。利用熒光實(shí)時(shí)定量技術(shù)對(duì)選取的部分差異表達(dá)基因進(jìn)行驗(yàn)證，驗(yàn)證所選基因差異表達(dá)（上調(diào)或下調(diào)）情況，發(fā)現(xiàn)所選基因表達(dá)情況均與測(cè)序結(jié)果相符。最后，通過對(duì)100S與100H的部分表型與差異表達(dá)基因分析，發(fā)現(xiàn)其表達(dá)量與對(duì)照相比有顯著變化的基因大多為代謝和響應(yīng)外界刺激相

6、關(guān)，推測(cè)其表型差異的成因?yàn)榇x水平的變化引起，其具體的形成機(jī)制還有待進(jìn)一步研究。
　　當(dāng)前離子束輻照在生物學(xué)領(lǐng)域的研究主要包含兩點(diǎn)，一是離子束輻照的應(yīng)用，二是離子束誘變機(jī)制的探索。其應(yīng)用主要有誘變育種以及離子束介導(dǎo)轉(zhuǎn)基因等，目前已廣泛被眾多研究者所認(rèn)可；離子束誘變機(jī)制作為一個(gè)研究難點(diǎn)一直以來受到了各路研究者的重視，但至今尚未給出合理的解釋。目前離子束誘變機(jī)制的研究主要是從表型、細(xì)胞水平以及生理生化水平來開展工作，對(duì)分子水平的研究相