低能离子束诱导玉米Mu转座子活性变异及其机制研究

低能离子与植物体相互作用效应及其机制研究是近年来粒子物理与生物学交叉研究的热点之一，玉米Mu转座子是突变体库创建和遗传学及表观遗传学研究的重要对象。本项目利用能通过籽粒斑点表型快速鉴别玉米Mu转座子活性高低的特殊材料，研究低能离子注入玉米花粉诱导Mu转座子活性变异的效应及技术方法，创建玉米Mu不同转座活性的突变体，通过对突变体Mu转座子DNA序列、DNA和组蛋白甲基化及小RNA变化的分析, 明确Mu转座活性与其DNA序列,DNA和组蛋白甲基化及小RNA等遗传学和表观遗传学变化的关系,揭示低能离子诱发Mu转座活性变异机制。该项研究将率先建立低能离子束诱发玉米Mu转座突变体的新技术和新方法，在玉米Mu转座突变体的离子束创建和诱变机制的表观遗传学的研究上有明显的特色和创新，其研究结果将丰富低能离子束植物诱变和转座子活性调控的机理，具有重要的理论意义和应用价值。

本项目利用能通过籽粒斑点表型快速鉴别玉米Mu转座子活性高低的特殊材料，研究了低能离子注入玉米花粉诱导Mu转座子活性变异的效应及技术方法，创建了玉米Mu不同转座活性的突变体，分析了突变体Mu 转座子DNA 序列、DNA和组蛋白甲基化及小RNA等变化。结果显示低能N+离子能诱发Mu转座活性变异, 其适宜的参数为30keV，注入剂量在2.4×1015～4.2 ×1015ion/cm2。筛选出的高频转座突变体其转座主要发生在雌雄组织分化期, 成熟花粉组织中mudrA和mudrB基因的表达量分别较对照提高了1.8～4.3倍和0.8～1.6倍。高频转座突变体Mu转座子DNA对称的CpG和CpHpG胞嘧啶位点发生去甲基化变异较显著，分别较对照植株降低了35.3～55.9%和38.9～60.0%， 而Mu转座子的mudrA和mudrB基因DNA序列、蛋白H3K9甲基化程度、小RNA的数量和种类与对照无明显差异, 这表明低能离子诱发Mu激活变异的可能机制是Mu位点DNA去甲基化而引起mudrA基因活性增强所致。研究结果丰富了低能离子束诱变机制及Mu转座子转座活性的表观遗传调控理论。