空间飞行引起水稻株高突变体蛋白表达的遗传性及易感蛋白质分析

【摘要】：空间环境能够引起植物种子的遗传变异,这些突变可以发生在当代,而且能够遗传给后代。这些诱变的特点,被认为是航天诱变育种的优势。本实验室在以往的研究中,发现空间飞行可以引起水稻当代突变,且通常是株高的突变。为研究空间飞行引起当代水稻种子的变异机理,我们分析了这些突变株的基因组多态性和基因组甲基化改变的特征。结果表明,空间飞行引起当代植株突变的基因组和基因组甲基化改变,明显高于当代未出现明显突变的空间飞行植株。尽管表型未见明显突变的植株其基因组和基因组甲基化改变也明显高于对照组。有意思的是,这些基因组变化率与基因组甲基化改变成正相关。基因组突变位点和基因组甲基化序列分析也表明,空间飞行对基因组的改变往往发生在基因组的重复序列区域,其基因组甲基化改变却易发生在正常表达基因的编码区。我们知道基因组甲基化对于调控基因组的表达有着至关重要的作用。水稻的基因组正常表达基因的编码区甲基化的改变,会直接影响到基因组的表达,从而引起蛋白质组改变。 因此,为进一步挖掘对空间环境易感蛋白质变化的机制,本论文研究了神舟六号飞行诱变的珍珠红水稻两株当代表型变化的植株(MSP4和MSP10)和未出现明显表型变化水稻植株的蛋白质表达谱特征,分析其上下调蛋白质的特点,发现与以往研究的结果相似,下调的蛋白质多于上调的蛋白质,并且突变株的蛋白质表达谱与对照组的比较其差异明显大于非表型突变株。对于发生表达改变的Rubisco活化酶,推测的33 kDa光系统Ⅱ放氧蛋白质,推测的光和反应中心Ⅳ,半胱氨酸合成酶A以及S-类核糖核酸酶同源物在当代和后代的变化特点的研究,发现这些变化蛋白质除Rubisco活化酶外,都能稳定遗传给后代。这些特点与基因组甲基化改变趋势相似。这个变化特点预示,空间飞行对水稻当代突变株的诱发,可能是通过改变基因组的甲基化,从而影响功能蛋白质的表达所致。比较分析在珍珠红水稻两株当代表型变化的植株(MSP4和MSP10)上出现表达量改变的蛋白质在M2代表达情况,发现Rubisco活化酶在M1代上调表达,在M2代下调表达；推测的33 kDa光系统Ⅱ放氧蛋白与M1代表达模式一致均是下调表达；半胱氨酸合成酶A与S-类核糖核酸酶同源物在M1代下调表达,在M2代与对照相比变化不明显。推测的光和反应中心Ⅳ在M1代与M2代表达模式一致下调表达。此外,我们发现在前期实验中找到的易受空间环境或地面模拟辐照诱变的胞质苹果酸脱氢酶,Rubisco小亚基以及S-类核糖核酸酶,在珍珠红水稻两株M2代表型变化的植株中表达量变化趋势保持一致。说明这几个蛋白质可能是空间辐射易感蛋白质。