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近日，農(nóng)學領(lǐng)域國際期刊Rice Science在線發(fā)表了哈爾濱工業(yè)大學生命科學和醫(yī)學學部盧衛(wèi)紅教授課題組題為“Study on Generational Genetic Mechanism of Space Mutagenesis in Rice Based on Multi-Omics”的研究論文。該研究以我國實踐十號返回式衛(wèi)星搭載的水稻突變體B10為材料，通過基因組重測序、全基因組甲基化測序及轉(zhuǎn)錄組測序，揭示了航天誘變對水稻跨代遺傳的深遠影響。

為了評估航天誘變對水稻表型和生理狀態(tài)的影響，本研究對不同代次的水稻突變體B10進行了詳細的表型和生理指標檢測。結(jié)果顯示，航天誘變導(dǎo)致水稻株高和分蘗數(shù)顯著改變，且這一表型可延續(xù)至M5代（圖1-A和-B）。進一步檢測發(fā)現(xiàn)，M1至M5代水稻葉片中H?O?和丙二醛（MDA）含量持續(xù)升高，抗氧化酶活性顯著增強（圖1-C至-J），表明航天誘變通過氧化應(yīng)激效應(yīng)影響水稻的生理狀態(tài)。

圖1. 空間飛行誘導(dǎo)水稻不同世代( M1 ~ M5 )的表型和生理變化

A, 株高; B, 分蘗數(shù); C, H₂O₂含量; D, 丙二醛( Mda )含量; E, 電解液泄漏率; F, 可溶性糖含量; G, 超氧化物歧化酶( SOD )活性; H, 抗壞血酸過氧化物酶( APX )活性; I, 過氧化氫酶( CAT )活性; J. 過氧化物酶( POD )活性

圖2. 空間飛行誘導(dǎo)的DNA多態(tài)性和堿基置換模式

A, 突變體的基因組突變率; B, 不同世代水稻的多態(tài)性位點; C-G, 不同世代水稻(C, M1代; D, M2代; E, M3代; F, M4代; G, M5代)堿基替換突變的分類

圖3. 空間飛行誘導(dǎo)了水稻不同世代的甲基化模式

A, M1代; B, M5代

圖4. 航天誘變水稻不同世代TE基因的甲基化模式

A, M1代的CpG甲基化環(huán)境; B, M1代CHG甲基化環(huán)境; C, M1代的CHH甲基化環(huán)境; D, M5代的CpG甲基化環(huán)境; E, M5代CHG甲基化環(huán)境; F, M5代CHH甲基化環(huán)境

圖5. 空間飛行誘導(dǎo)水稻中不同類型TEs的甲基化變化模式

A, M1代的CpG甲基化環(huán)境; B, M1代CHG甲基化環(huán)境; C, M1代的CHH甲基化環(huán)境; D, M5代的CpG甲基化環(huán)境; E, M5代CHG甲基化環(huán)境; F, M5代CHH甲基化環(huán)境

圖6. 航天脅迫記憶誘導(dǎo)不同世代水稻基因的差異表達

A, M1代差異表達基因的火山圖; B, M5代差異表達基因的火山圖; C, Up Set plot顯示M1和M5代之間獨特且共享的上調(diào)或下調(diào)差異表達基因; D, M1代差異表達基因的GO分析; E, M5代差異表達基因的GO分析; F, 與DNA甲基化或去甲基化相關(guān)基因的表達變化

圖7. 太空飛行誘導(dǎo)了不同世代水稻的差異可變剪接

A, 在M1和M5代中鑒定出的5種不同類型的差異可變剪接( DAS )事件的數(shù)量. RI, 保留內(nèi)含子; SE, 跳躍外顯子; A3SS, 可變3′剪接位點; A5SS, 可變5′剪接位點; MXE, 互斥外顯子; B, M1和M5代之間特有和共享DAS基因的維恩圖; C, Venn圖顯示了M1 (C)和M5代(D)中DAS基因和差異表達(DE)基因的重疊; 在M1 (E)和M5 (F)中，前20個基因富集了DAS基因的Gene Ontology條目

本研究首次系統(tǒng)解析了水稻航天誘變跨代遺傳的分子網(wǎng)絡(luò)，揭示了氧化應(yīng)激、基因組不穩(wěn)定性與表觀遺傳的協(xié)同調(diào)控機制。成果不僅為航天農(nóng)業(yè)中作物適應(yīng)性改良提供理論依據(jù)，也為解析植物逆境記憶的遺傳規(guī)律開辟了新方向。

哈爾濱工業(yè)大學生命科學和醫(yī)學學部曾德永副研究員為第一作者，哈爾濱工業(yè)大學盧衛(wèi)紅教授為通訊作者。研究得到了黑龍江省“頭雁”團隊計劃（HITTY-20190034）、中國博士后科學基金國資計劃（GZC20242211）及重慶市自然科學基金（CSTB2024NSCO-MSX0462）等項目支持。

論文鏈接：

http://www.ricesci.org/EN/abstract/abstract10272.shtml; 

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1672630825000204

《Rice Science》是農(nóng)業(yè)農(nóng)村部主管、中國水稻研究所主辦的國際性專業(yè)學術(shù)期刊，主編為胡培松院士?，F(xiàn)為雙月刊，主要發(fā)表水稻科研領(lǐng)域的原創(chuàng)性論文、簡報和綜述。《Rice Science》曾兩次獲得“中國科技期刊國際影響力提升計劃”項目資助，2019年又獲得“中國科技期刊卓越行動計劃”項目資助。《Rice Science》連續(xù)9年被評為“中國最具國際影響力學術(shù)期刊”，彰顯出期刊良好的發(fā)展態(tài)勢和卓越的綜合實力?！?em>Rice Science》于2017年底被SCIE收錄，影響因子逐年提升，2024年發(fā)布的JCR影響因子再創(chuàng)歷史新高，達5.6，在全球農(nóng)學領(lǐng)域125個SCI期刊中名列第8，在全球植物科學領(lǐng)域265個期刊中名列第25，均位于Q1區(qū)。