離子束輻照擬南芥生物效應研究.pdf

1、自從上世紀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效應以來，國內外多家機構采用不同的植物和微生物作為研究材料，進行多種離子注入的生物效應和作用機理的研究已取得很大的進展。學者們發(fā)現(xiàn)了諸多誘變效應，包括表觀性狀、生化指標、細胞形態(tài)以及分子效應等，以此創(chuàng)造了較大的經濟和社會效益。近年來，重離子以其獨特的物理核生物學特性而成為了一種備受關注的新型輻射誘變源，由最初的在臨床醫(yī)學應用擴展至在誘變育種中的應用，均收獲了不小的成果。<

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

3、苗進行表型統(tǒng)計分析來篩選材料進一步實驗。通過表型統(tǒng)計分析，發(fā)現(xiàn)使用 N+輻照材料表型較為混亂，而12C6+輻照結果較為穩(wěn)定，因此選用12C6+為輻照離子進行深入研究。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)，將所有待測序材料根據表型分析歸為生長抑制型YZ（Z75、Z100S、Z150、Z200）和非生長抑制型CJ（Z50

4、、Z100H）進行轉錄組測序和分析。使用Illumina Hiseq4000平臺對6個輻照型（100Gy分兩組）和一個野生型對照共7組材料進行測序，每組材料設立3個生物學重復，共計21個樣品，每個樣品平均產出2.12Gb數(shù)據。通過測序數(shù)據與參考基因組的比對分析，得到各組材料的基因表達量，再利用其表達量計算基因表達差異情況，可知有39個轉錄本在YZ各組中表達量均發(fā)生了變化，這些轉錄本經功能注釋發(fā)現(xiàn)其功能廣布于各種生物學途徑和基因家族，如光

5、合作用、抵抗逆境脅迫以及轉錄因子等等；而在 CJ各組中共有54個轉錄本表達量發(fā)生變化，其功能注釋后的結果除了來自各種生物學途徑與基因家族外，還參與了抗逆和轉錄因子以及代謝相關酶的合成。利用熒光實時定量技術對選取的部分差異表達基因進行驗證，驗證所選基因差異表達（上調或下調）情況，發(fā)現(xiàn)所選基因表達情況均與測序結果相符。最后，通過對100S與100H的部分表型與差異表達基因分析，發(fā)現(xiàn)其表達量與對照相比有顯著變化的基因大多為代謝和響應外界刺激相

6、關，推測其表型差異的成因為代謝水平的變化引起，其具體的形成機制還有待進一步研究。
　　當前離子束輻照在生物學領域的研究主要包含兩點，一是離子束輻照的應用，二是離子束誘變機制的探索。其應用主要有誘變育種以及離子束介導轉基因等，目前已廣泛被眾多研究者所認可；離子束誘變機制作為一個研究難點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。目前離子束誘變機制的研究主要是從表型、細胞水平以及生理生化水平來開展工作，對分子水平的研究相