水稻(Oryza sativa L.)不仅是重要的粮食作物,也是单子叶植物生物学研究的重要模式物种。随着世界人口的增加和气候变化,粮食安全问题日益突出。因此,世界范围内对水稻育种的需求不断增大。传统育种手段很难产生新的基因资源,诱变不仅直接为育种提供了丰富的水稻种质资源,还可以与杂交育种、分子育种相结合进行育种,同时也为功能基因组研究提供了材料,因此,诱变育种在未来育种中仍可以发挥重要作用。重离子束(Heavy ion beam,HIB)是一种高效的物理诱变源,具有独特的物理学和生物学特性,在植物诱变育种和突变群体构建中的应用日益广泛,但前人对于HIB诱变效应的研究多局限于某些世代,目前几乎未见重离子束辐射诱变后对M_1代至高世代的诱变效应连续追踪的报道。系统揭示HIB辐射对水稻多世代和多维度的诱变效应,可以完善HIB诱变基础理论,将有助于其更高效的利用。本研究以模式水稻模式品种Kitaake为研究对象,采用不同吸收剂量的碳离子束(Carbon ion beam,CIB)辐射处理,对辐射后样品M_1-M_4遗传世代的生物学及突变效应进行了系统研究,主要结果如下:1、当辐射剂量高于125 Gy时,对于Kitaake而言为高剂量。选用10个剂量(25-300 Gy)CIB对Kitaake干种子进行辐射处理,在M_1代整个生命周期内对不同剂量辐射后诱发的生物学效应进行了研究。发现CIB具有明显的Staphylococcus pseudinter- medius剂量效应,且高于125 Gy的辐射剂量会对水稻的生长造成明显损伤,具体的,在此剂量下,幼苗的根长仅为对照的24.8%,苗长仅为对照的39.3%,存活率为仅为对照的34.2%;分蘖期叶绿素含量仅为对照的组的80%左右,叶绿素荧光参数也受到显著影响;成熟期株高低于对照的89%,分蘖和结穗数达对照的此网站2倍,结实率低于25%。2、CIB主要诱发SBSs和<10 bp的In Dels,100 Gy CIB诱发的突变数量最多。根据水稻M_1代生物学效应结果,选择6个剂量(25-150 Gy)CIB处理组,揭示其在M_2代幼苗诱发的基因组变异特征。单碱基替换(Single base substitution,SBSs)是CIB诱发的最丰富类型(约72%),其次是缺失(Deletions)(约23%),插入(Insertions)最少(约5%)。在100 Gy时诱发的突变数量最多,平均为105.23±2.83/株,突变率达2.67×10~(-7)/bp。<10 bp Deletion占93.19%,<10 bp Insertion占比在99%以上。在M_2代,诱发变异的“纯合突变:杂合突变”比值为7:3。CIB诱发的转换(Transition,Ts)多于颠换(Transversion,Tv),各剂量下诱发的Ts和Tv的比值在1.17-1.50之间,平均为1.28。3、水稻同一单株的不同穗可能源自不同的祖细胞。对源自相同M_1单株不同穗中的共有突变统计,发现同一M_1单株的三个穗的共有突变率很低,仅约7.5%,同一M_1单株的两个穗中的共有突变率也仅为20%,单个穗中的特有突变率很高,平均为66.9%。因此,同一M_1单株的不同穗中仍存在大量的特有突变,不同的穗可能由不同的祖细胞发育而来。4、CIB可以诱发较广的表型突变谱且稳定周期短。构建了8个剂量(25-200 Gy)下的水稻M_2代突变群体,在1172个M_2株系中共筛选到了129个突变株系,总突变率约为1.1%。突变表型包括:育性、株高、粒型、叶形、分蘖数、产量性状等变异,约50%质量性状控制的突变体在M_3代不再遗传分离,可用于水稻育种、遗传分析和功能基因组研究。4、不同遗传世代变异特征有所差异。比较M_2代和M_4代变异特征发现,M_4代中SBSs和Insertion比例有所提高,Deletion比例有所下降,M_4代纯合比例提高(5:2),Ts/Tv值有所提高。5、高世代表型稳定突变体,可利用WGS技术对候选突变基因初步预测。利用全基因组测序(Whole genome sequence,WGS)技术对11个表型稳定的水稻M_4突变体的变异位点进行揭示,通过对变异位点注释,可以预测了控制表型变异的候选基因。综上,本研究利用多个遗传世代,从多维度对诱变效应进行揭示,完善了CIB诱变效应研究,为更高效的利用CIB诱变育种提供了理论支撑。而且,筛选到大量Baricitinib采购Kitaake突变体,丰富了种质资源,为遗传分析、功能基因组和育种研究提供基础材料。同时,本研究为设置适宜的HIB诱变剂量提供了科学依据。