水稻mStoe10转座子的转座活性及其在野生稻和栽培稻中多态性的研究

活跃转座子对水稻基因组进化和功能基因组研究具有重要意义。我们用东乡野生稻一段长40kb的E10-BIBAC转化籼稻Kasalath，在T1代43个不同株系中获得了矮秆、半矮秆、早衰、苗期致死、无穗等十种突变表型，而用相同方法转化其它BIBAC却没有出现类似现象。序列分析表明，E10-BIBAC中一个Stowaway类型转座子mStoe10替换了栽培稻相应位置的反转座相关蛋白。据此我们推测，多种突变表型的出现可能是由于遗传转化过程中mStoe10的转座活性被激活而进行了转座或扩增。本项目拟通过转座子展示（TD）方法分析目前获得的多种突变表型是否由mStoe10转座或者扩增造成，同时分析该转座子在野生稻和栽培稻中的多态性与水稻驯化的关系。mStoe10转座活性的研究可能为水稻功能基因组研究提供新的转座子标签体系，另外其在野生稻和栽培稻中多态性的分析也为研究水稻驯化提供了新的思路。

2012年初自然-生物技术杂志发表了基于重测序水稻群体鉴定重要农艺基因的文章,其重测序的品种包含40个代表性栽培稻品种和10个野生稻品种。基于此我们调整了原项目执行方案，研究目标从mstoe10一类转座子扩展到所有类型转座子。由于BIBAC转化的不稳定性及遗传转化过程本身的复杂性,通过转化表型验证mstoe10转座活性不够直接,我们也调整了转座活性的研究方案,目标转为研究已获得的代表性突变体的突变机制。根据多年的表型观察,我们选择了表型稳定的早花穗顶端退化突变体(e10-td)。为了充分利用二代高通量测序技术的精度和准确度，我们增加了籼稻Kasalath基因组的重测序，其序列信息作为解释BIBAC转化Kasalath获得多种突变体遗传机制的参考基因组。.转座子在50个重测序水稻亚种中的多态性分析结果显示，虽然有一定的重排但转座子可以区分出水稻不同组别，说明转座子在一定程度上面能够反映水稻不同亚种之间的进化关系，但也可能受生长环境的影响而导致不同组别的水稻展示出类似的转座子插入模式。通过高通量测序技术对于Kasalath基因组进行从头测序和拼接组装，采用严格的数据质量过滤控制，利用从头拼接的策略结合BAC文库末端序列，最终得到全基因组大小为360Mb，覆盖约预测基因组的90%，N50长度达318Kb，其中具有位置关系信息的Scaffolds总大小为253.4Mb。我们基于从头预测和同源比对的方法，预测转座元件占拼接基因组的28.01%。 .e10-td来源于BIBAC转化Kasalath所得到的转基因株系，突变表型与插入片段不连锁。e10-td与粳稻品种合江19杂交，F1代个体无突变表型，F2群体中性状出现分离且表现为连续变化，推测该性状由多基因控制属于数量性状。2012年于北京种植的F2群体通过126个分子标记对群体基因型进行了检测，利用winQTLcart软件鉴定出一个主效QTLqPAD2，位于2号染色体约95kb的区间内。对野生型Kasalath与突变体穗部转录组的比较分析，在该区间内鉴定出一个差异表达基因SCD，其表达产物为硬脂酰-酰基载体蛋白去饱和酶3，在脂质代谢中起作用。对2号染色体QTL候选区间内的两个候选基因SCD和FBK7在基因组水平上进行了初步验证，没有发现突变；旨在对候选基因的功能进行初步探究，目前针对两个候选基因构建了过量表达和RNAi载体。